A csillagok hihetetlen tömegű testek. Életük végén azonban még tömegesebbé válhatnak. Ekkor válhatnak kibocsátóból fényelnyelővé, szuggesztív és titokzatos entitásokká, fekete lyukakká. Ezek kihívás elé állítják az általunk ismert fizikát, és úgy tűnik, hogy megszegik a kozmosz megfigyeléséből kikövetkeztetett számos „szabályt”. Mit tudunk róluk?
Mi a fekete lyuk?
1783-ban John Michell angol geológus és pap levelet küldött a Királyi Társaságnak, amelyben egy feltételezett testet írt le, amely olyan sűrű, hogy még a fény sem tudott kiszabadulni belőle. Abban az időben Newton gravitációs elmélete és a szökési sebesség fogalma jól ismert volt. Bár Michell számításai kissé elmaradtak, a koncepció helyes volt. Természetesen akkoriban nem nevezték őket „fekete lyukaknak”. Ez a név a 20. században jött létre, John Archibald Wheeler fizikus javasolta. A fekete lyuk olyan sűrű test, olyan nagy tömeggel és olyan kis térfogattal, hogy mérhetetlen gravitációjával mindent magához vonz. Olyannyira, hogy még a fény sem kerülheti el vonzerejét. Egy másik értelmezési mód az, hogy úgy vetemíti meg a teret maga körül, hogy az általa generált gravitációs kútba „beeső” fotonok nem tudnak kijutni.
1783-ban John Michell angol geológus és pap levelet küldött a Királyi Társaságnak, amelyben egy feltételezett testet írt le, amely olyan sűrű, hogy még a fény sem tudott kiszabadulni belőle. Képzeljük el, hogy egyre közelebb kerülünk a fekete lyukhoz. Gravitációja nem „húz erősebben”, mint a többi hasonló test, például a csillagoké. Azonban ahogy csökkentjük a távolságot, ez az erő túlnyomóan növekszik. Van egy pont, az úgynevezett eseményhorizont. Ettől kezdve a fénynél nagyobb sebességre van szükség ahhoz, hogy elkerülje a gravitációs erőt. Ezért ebből a horizontból „lehetetlen” elmenekülni a vonzalom elől. És mi van azon túl? Valójában nagyon keveset tudunk.
Amit az eseményhorizont körülölel, szingularitásnak nevezzük, mert egyetlen pontban, 0 elméleti térfogatban tartalmazza az összes tömeget. Ez azonban „lehetetlen”, mivel szakít azzal, amit a fizikáról tudunk. A valóságban az, ami az eseményhorizonton túl van, csak sejtések gyümölcse. Nem tudjuk, hogy nagyjából mi történik a lyukban, és nagyrészt azért, mert nem értjük őket jól.
Van egy pont, az úgynevezett eseményhorizont. Ettől kezdve a fénynél nagyobb sebességre van szükség ahhoz, hogy elkerülje a gravitációs erőt. Ezért ebből a horizontból „lehetetlen” elmenekülni a vonzalom elől.
Hogyan készíts fekete lyukat?
A mi Napunk például egy viszonylag közepes csillag, vagy kicsi, attól függően, hogy hogyan nézzük, tömege majdnem kettő és a 30 kilogrammos. Ez hihetetlen mennyiség. Mint tudjuk, minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a gravitáció. Tehát központi csillagunk olyan gravitációs erőt fejt ki, amely képes az egész naprendszert maga körül forogni. Nem elég ez az erő ahhoz, hogy magához vonzza a Nap teljes tömegét? Miért nem omlik össze magától, ha ekkora? A benne lejátszódó gigantikus reakciók, amelyek a csillagok magfúziójának eredményeként titáni erőket hoznak létre, amelyek megakadályozzák, hogy a nap „süllyedjen” önmagába. De mi lenne, ha nem lennének ilyen erők?
Ez történik sok sztár élete végén. A csillagok többféleképpen halhatnak meg. Egyesek rendkívül erőszakosak, robbanékonyak, és félelmetes szupernóvákat generálnak. Mások egyszerűen apránként elhalványulnak. Több ilyen esetben, különösen, ha a csillag nagyon nagy volt, a megmaradt anyag a gravitáció hatására leeshet, egyre sűrűbbé és sűrűbbé válik, és kisebb térfogatot foglal el. Ezekben az esetekben egy felrobbanó szupernóva maradványaival vagy egy kellően lehűlt csillaggal az anyag túl hideg lesz, és nem jön létre a csillagra kifelé ható fúzió. Tehát minden alkalommal, amikor a gravitáció egyre nagyobb és nagyobb, és a „lyuk” egyre kisebb és kisebb. Egy ponton megjelenik a fekete lyuk.
Feketék, de nem egészen
A fekete lyuk neve egészen világos: sötét pont, amely nem engedi ki a fényt. A lyuk eseményhorizontjára gyakorolt kvantumhatások mérlegelése azonban arra késztette a kiváló Stephen Hawkingot, hogy felfedezzen egy fizikai folyamatot, amellyel a lyuk sugárzást bocsáthat ki. A kvantummechanika bizonytalansági elve szerint fennáll annak a lehetősége, hogy az eseményhorizontban rövid időtartamú részecske-antirészecske párok jönnek létre. Az egyik részecske ekkor visszafordíthatatlanul a lyukba esne, míg a másik kiszabadulna. Ez a folyamat szigorúan a fekete lyukon kívül jön létre, így nem mond ellent annak, hogy egyetlen anyagrészecske sem hagyhatja el a belsejét. A körülötte lévő fekete lyuknak azonban nettó energiaátadó hatása van. Ezt a jelenséget Hawking-sugárzásnak nevezik, és előállítása semmilyen fizikai elvet nem sért.
Az elmúlt évek technikai fejlődésének köszönhetően végre saját szemünkkel láthattunk egy lyukat a szomszédos galaxisban, az M87-ben, amely elérte korunk egyik leglenyűgözőbb tudományos mérföldkövét. Másrészt 2008-ban Alan Marscher publikált egy cikket, amelyben leírta, hogyan keletkeznek kollimált plazmasugarak a fekete lyukak közelében, amelyek a szélük közelében található mágneses mezőkből indulnak ki. Szigorúan véve ismét nem „a fekete lyukon belül” fordul elő, tehát megfelel az általunk a kezdetektől megjelölt koncepciónak.
Egy másik kérdésre is lehetőséget ad: az ilyen típusú jelenségek megfigyelését és észlelését. Azáltal, hogy mindezt elnyeli, ahogy az várható volt, szinte lehetetlen „látni” fekete lyukakat. Egészen a közelmúltig tudtuk, hogy ezáltal közvetett észlelések. Az elmúlt évek technikai fejlődésének köszönhetően végre saját szemünkkel láthattunk egy lyukat a szomszédos galaxisban, az M87-ben, amely elérte korunk egyik leglenyűgözőbb tudományos mérföldkövét.
