Mae sêr yn gyrff gyda swm anhygoel o fàs. Fodd bynnag, gallant ddod hyd yn oed yn fwy enfawr ar ddiwedd eu hoes. Dyna pryd y gallant fynd o allyrru i amsugno golau, gan ddod yn endidau awgrymog a dirgel, tyllau duon. Mae'r rhain yn her i'r ffiseg y gwyddom amdani ac mae'n ymddangos eu bod yn herio llawer o'r “rheolau” yr ydym wedi'u casglu wrth arsylwi ar y cosmos. Beth ydym ni'n ei wybod amdanyn nhw?
Beth yw twll du?
Ym 1783, anfonodd y daearegwr a'r clerigwr o Loegr John Michell lythyr at y Gymdeithas Frenhinol yn disgrifio corff damcaniaethol mor drwchus fel na allai hyd yn oed golau ddianc ohono. Bryd hynny roedd damcaniaeth disgyrchiant Newton a'r cysyniad o gyflymder dianc yn hysbys iawn. Er bod cyfrifiadau Michell ychydig yn fyr, roedd y cysyniad yn gywir. Wrth gwrs, ar y pryd doedden nhw ddim yn cael eu galw’n “dyllau du”. Daeth yr enw hwn yn yr 20fed ganrif, a gynigiwyd gan y ffisegydd John Archibald Wheeler. Mae twll du yn gorff mor drwchus, gyda chymaint o fàs a chyn lleied o gyfaint, fel ei fod yn denu popeth gan ei ddisgyrchiant anfesuradwy. Cymaint fel na all hyd yn oed golau ddianc rhag ei atyniad. Ffordd arall o'i ddehongli yw ei fod yn ystumio'r gofod o'i gwmpas yn y fath fodd fel na all y ffotonau sy'n “syrthio” i'r ffynnon disgyrchiant y mae'n ei gynhyrchu fynd allan.
Ym 1783, anfonodd y daearegwr a'r clerigwr o Loegr John Michell lythyr at y Gymdeithas Frenhinol yn disgrifio corff damcaniaethol mor drwchus fel na allai hyd yn oed golau ddianc ohono. Gadewch i ni ddychmygu ein bod yn dod yn nes at y twll du. Nid yw ei ddisgyrchiant yn “tynnu'n galetach” na chyrff tebyg eraill, fel y sêr. Fodd bynnag, wrth i ni leihau'r pellter, mae'r grym hwn yn cynyddu'n aruthrol. Mae yna bwynt o'r enw gorwel y digwyddiad. O hyn ymlaen, mae'n cymryd cyflymder sy'n fwy na chyflymder golau i ddianc rhag y grym disgyrchiant. Felly, mae’n “amhosib” dianc rhag yr atyniad o’r gorwel hwn. A beth sydd yna tu hwnt? Mewn gwirionedd, ychydig iawn a wyddom.
Gelwir yr hyn y mae gorwel y digwyddiad yn ei amgáu yn unigolrwydd, oherwydd ei fod yn cynnwys yr holl fàs ar un pwynt, ar gyfrol ddamcaniaethol o 0. Ond mae hyn yn “amhosib” gan ei fod yn torri gyda'r hyn a wyddom am ffiseg. Mewn gwirionedd, dim ond ffrwyth dyfalu yw'r hyn sydd y tu hwnt i orwel y digwyddiad. Nid ydym yn gwybod beth sy'n digwydd “y tu mewn” i'r twll, yn fras, ac i raddau helaeth, y rheswm am hynny yw nad ydym yn eu deall yn dda.
Mae yna bwynt o'r enw gorwel y digwyddiad. O hyn ymlaen, mae'n cymryd cyflymder sy'n fwy na chyflymder golau i ddianc rhag y grym disgyrchiant. Felly, mae’n “amhosib” dianc rhag yr atyniad o’r gorwel hwn.
Sut ydych chi'n gwneud twll du?
Mae ein Haul ni, er enghraifft, yn seren gymharol ganolig, neu'n fach, yn dibynnu ar sut rydych chi'n edrych arni, ac mae ganddo bron i ddau i'r màs 30-cilogram. Mae hynny'n swm anhygoel. Fel y gwyddom, po fwyaf o fàs, y mwyaf o ddisgyrchiant y mae'n ei gynhyrchu. Felly mae ein seren ganolog yn rhoi grym disgyrchiant sy'n gallu cadw'r system solar gyfan i gylchdroi o'i chwmpas. Onid yw'r grym hwn yn ddigon i ddenu màs cyfan yr haul ei hun? Pam nad yw'n cwympo i mewn arno'i hun os yw mor fawr? Mae'r adweithiau enfawr sy'n digwydd y tu mewn iddo, canlyniad ymasiad niwclear serol, yn cynhyrchu grymoedd titanig sy'n atal yr haul rhag “suddo” i'w hun. Ond beth pe na bai grymoedd o'r fath, beth fyddai'n digwydd?
Dyma beth sy'n digwydd ar ddiwedd oes llawer o sêr. Gall sêr farw mewn gwahanol ffyrdd. Mae rhai yn dreisgar iawn, yn ffrwydrol, ac yn cynhyrchu uwchnofâu brawychus. Mae eraill yn pylu fesul tipyn. Mewn nifer o'r achosion hyn, yn enwedig pan oedd y seren yn fawr iawn, gall y deunydd sy'n weddill ddisgyn o dan ei ddisgyrchiant, gan ddod yn ddwysach ac yn ddwysach, gan feddiannu llai o gyfaint. Yn yr achosion hyn, gyda gweddillion uwchnofa a ffrwydrodd neu gyda seren a oeridd ddigon, mae'r defnydd yn mynd yn rhy oer ac nid yw'r ymasiad sy'n rhoi grym allanol ar y seren yn digwydd. Felly bob tro mae disgyrchiant yn mynd yn fwy ac yn fwy, ac mae'r “twll” yn mynd yn llai ac yn llai. Ar un adeg mae'r twll du yn ymddangos.
Maen nhw'n ddu, ond ddim yn hollol
Mae enw twll du yn eithaf clir: pwynt tywyll, nad yw'n gadael golau allan. Fodd bynnag, arweiniodd ystyriaeth o effeithiau cwantwm ar orwel digwyddiad twll at yr enwog Stephen Hawking i ddarganfod proses ffisegol lle gallai'r twll allyrru ymbelydredd. Yn ôl egwyddor ansicrwydd mecaneg cwantwm, mae posibilrwydd, yn y gorwel digwyddiad, y bydd parau o ronynnau-gwrthronyn am gyfnod byr yn cael eu ffurfio. Byddai un o'r gronynnau wedyn yn disgyn i'r twll yn ddiwrthdro tra byddai'r llall yn dianc. Mae'r broses hon yn cael ei ffurfio yn llym y tu allan i'r twll du, felly nid yw'n gwrth-ddweud y ffaith na all unrhyw ronyn materol adael y tu mewn. Fodd bynnag, mae effaith trosglwyddo ynni net y twll du o'i gwmpas. Gelwir y ffenomen hon yn ymbelydredd Hawking, ac nid yw ei gynhyrchiad yn torri unrhyw egwyddor ffisegol.
Diolch i ddatblygiadau technegol yn y blynyddoedd diwethaf, rydym o'r diwedd wedi gallu gweld twll yn yr alaeth gyfagos, M87, gyda'n llygaid ein hunain, gan gyrraedd un o gerrig milltir gwyddonol mwyaf trawiadol ein hoes. Ar y llaw arall, yn 2008, cyhoeddodd Alan Marscher erthygl a ddisgrifiodd sut mae jetiau plasma wedi'u gwrthdaro yn cael eu cynhyrchu ger tyllau du sy'n cychwyn o feysydd magnetig sydd wedi'u lleoli ger eu hymyl. Eto, yn fanwl gywir, nid yw'n digwydd “y tu mewn i'r twll du”, felly, mae'n cydymffurfio â'r cysyniad a farciwyd gennym o'r dechrau.
Mae hefyd yn caniatáu cwestiwn arall: arsylwi a chanfod y math hwn o ffenomen. Drwy amsugno’r cyfan, fel y gallech ddisgwyl, mae bron yn amhosibl “gweld” tyllau du. Tan yn ddiweddar roeddem yn gwybod mai darganfyddiadau anuniongyrchol ydyn nhw felly. Diolch i ddatblygiadau technegol yn y blynyddoedd diwethaf, rydym o'r diwedd wedi gallu gweld twll yn yr alaeth gyfagos, M87, gyda'n llygaid ein hunain, gan gyrraedd un o gerrig milltir gwyddonol mwyaf trawiadol ein hoes.
