A fekete lyukak olyan tárgyak az univerzumban, amelyeknek annyi tömege van csapdában a határaikon, hogy hihetetlenül erős gravitációs mezők vannak. Valójában egy fekete lyuk gravitációs ereje olyan erős, hogy semmi sem tud menekülni, ha bement. Még a fény sem tud menekülni a fekete lyukból, csapdába esik csillagokkal, gázokkal és porral. A legtöbb fekete lyuk többszöröse a Napunk tömegének, és a legnehezebbek millióinak lehet tömege.
A tömeg ellenére a fekete lyuk lényegét képező tényleges szingularitást még soha nem látták és nem is képezték meg. Ez a szó szerint egy apró pont az űrben, de rengeteg tömeggel rendelkezik. A csillagászok csak ezeket a tárgyakat tudják megvizsgálni, mivel hatással vannak az őket körülvevő anyagokra. A fekete lyuk körüli anyag egy forgó korongot alkot, amely közvetlenül az "eseményhorizontnak" nevezett régió felett fekszik, amely a visszatérés gravitációs pontja.
A fekete lyuk felépítése
A fekete lyuk alapvető "építőeleme" a szingularitás: egy pontosan meghatározott térrész, amely a fekete lyuk teljes tömegét tartalmazza. Körülbelül egy olyan térségi terület, ahonnan a fény nem tud menekülni, a "fekete lyuk" nevét adva. Ennek a régiónak a külső "széle" képezi az eseményhorizontot. A láthatatlan határ, ahol a gravitációs mező húzása megegyezik a fénysebesség. Ezenkívül a gravitáció és a fénysebesség egyensúlyban vannak.
Az eseményhorizont helyzete a fekete lyuk gravitációs vonzásától függ. A csillagászok az R egyenlet alapján kiszámítják egy eseményhorizont helyét egy fekete lyuk körüls = 2 GM / c2. R a szingularitás sugara, G a gravitációs erő, M a tömeg, c a fény sebessége.
A fekete lyukak típusai és azok kialakulásának módja
Különböző típusú fekete lyukak vannak, és különféle módon jönnek létre. A leggyakoribb típust csillagtömegű fekete lyuknak nevezik. Ezek körülbelül akár néhányszor is tartalmazzák Napunk tömegét, és ha nagyak, akkor formálódnak fő sorrend csillagok (a napunk tömegének 15-szerese és 15-szerese) elfogy a nukleáris üzemanyaggal a magukban. Az eredmény hatalmas szupernóva robbanás amely a csillagok külső rétegeit az űrbe robbantja. Az, ami hátramarad, összeomlik, hogy egy fekete lyuk legyen.
A másik két fekete lyuk típusa a szupermasszív fekete lyukak (SMBH) és a mikro fekete lyukak. Egyetlen SMBH tartalmazhat millió vagy milliárd napot. A mikro fekete lyukak, amint a neve is sugallja, nagyon aprók. Lehet, hogy csak 20 mikrogramm tömegűek. Mindkét esetben a létrehozásuk mechanizmusa nem teljesen egyértelmű. A fekete fekete lyukak elméletben léteznek, de ezeket közvetlenül nem fedezték fel.
A szupermasszív fekete lyukak a legtöbb galaxis magjában léteznek, és eredetüket továbbra is hevesen vitatják. Lehetséges az a szupermasszív fekete lyukak a kisebb, csillagtömegű fekete lyukak és más összefonódásának eredménye ügy. Egyes csillagászok azt sugallják, hogy létre lehet hozni, amikor egy nagyon hatalmas csillag (a Nap tömegének százszorosa) összeomlik. Akárhogy is, elég hatalmasak ahhoz, hogy a galaxist sokféle módon befolyásolják, kezdve a születési sebességre gyakorolt hatásoktól kezdve a csillagok és az anyag keringő környékén.
Másrészről, mikron fekete lyukak keletkezhetnek két nagyon nagy energiájú részecske ütközésekor. A tudósok azt sugallják, hogy ez folyamatosan megtörténik a Föld felső légkörében, és valószínűleg a részecskefizikai kísérletek során történik olyan helyeken, mint a CERN.
Hogyan mérik a tudósok a fekete lyukakat?
Mivel a fény nem tud menekülni az esemény horizontja által érintett fekete lyuk környékéről, senki sem tud "látni" egy fekete lyukat. A csillagászok azonban meg tudják mérni és jellemzik őket a környezetükre gyakorolt hatásokkal. A más tárgyak közelében lévő fekete lyukak gravitációs hatást gyakorolnak rájuk. Egyrészt a tömeget a fekete lyuk körüli anyag pályája is meghatározhatja.
A gyakorlatban az csillagászok a fekete lyuk jelenlétét vezetik le annak tanulmányozásával, hogyan viselkedik a fény körül. A fekete lyukak, akárcsak az összes hatalmas tárgy, elég gravitációs vonzással képesek meghajolni a fény útját, amikor az elhalad. Ahogy a fekete lyuk mögött lévő csillagok viszonyítva mozognak, torzulnak vagy a csillagok szokatlan módon mozognak. Ezen információk alapján meg lehet határozni a fekete lyuk helyzetét és tömegét.
Ez különösen akkor nyilvánvaló a galaxis klaszterekben, ahol a klaszterek együttes tömege, sötét anyaga és a fekete lyukak furcsa alakú íveket és gyűrűket hoznak létre a távoli tárgyak fényének meghajlásával, amikor az elhalad.
A csillagászok láthatják a fekete lyukakat a sugárzás által, amelyet a körülötte hevített anyag bocsát ki, például rádió vagy röntgen. Ennek az anyagnak a sebessége fontos nyomokat is ad a menekülni próbáló fekete lyuk jellemzőire.
Hawking sugárzás
Az utolsó módszer, amellyel a csillagászok felismerhetik a fekete lyukat, a Hawking sugárzás. A neves elméleti fizikus és kozmológus neve Stephen Hawking, A Hawking sugárzás a termodinamika következménye, amely megköveteli, hogy az energia kiszivárogjon a fekete lyukból.
Az alapötlet az, hogy a természetes kölcsönhatások és a vákuumban bekövetkező ingadozások miatt az anyag elektron és anti-elektron formájában (pozitronnak nevezik) jön létre. Amikor ez az eseményhorizont közelében történik, az egyik részecske kiürül a fekete lyuktól, míg a másik a gravitációs kútba esik.
Megfigyelő számára minden, amit "lát", egy részecske, amelyet a fekete lyuk bocsát ki. A részecske pozitív energiával bír. Ez szimmetrikusan azt jelenti, hogy a fekete lyukba eső részecske negatív energiával rendelkezik. Ennek eredményeként egy fekete lyuk öregedve elveszíti az energiát, és ezért veszít tömegben (Einstein híres egyenletével, E = MC2, hol E= Energia, M= tömeg, és C a fénysebesség).
Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.