A fekete lyukba esés könnyen a legrosszabb módja a halálnak.
A Halloween a szellemek, a goblinok és a kísértetek időszaka, de az univerzumban semmi sem félelmetesebb, mint egy fekete lyuk.
A fekete lyukak – az űr azon régiói, ahol a gravitáció olyan erős, hogy semmi sem tud elszabadulni – manapság forró téma a hírekben. A fele 2020-as fizikai Nobel-díj Roger Penrose-nak ítélték oda matematikai munkájáért, amely kimutatta, hogy a fekete lyukak Einstein gravitációs elméletének megkerülhetetlen következményei. Andrea Ghez és Reinhard Genzel megosztotta a másik felét, amiért ezt megmutatták egy hatalmas fekete lyuk található galaxisunk közepén.
A fekete lyukak három okból félelmetesek. Ha beleesnél egy fekete lyukba, amely megmaradt, amikor egy csillag meghalt, összetörne. Ezenkívül az összes galaxis közepén látható hatalmas fekete lyukak kielégíthetetlen étvággyal rendelkeznek. A fekete lyukak pedig olyan helyek, ahol a fizika törvényei megsemmisülnek.
Több mint 30 éve tanulmányozom a fekete lyukakat. Különösen, A szupermasszív fekete lyukakra összpontosítottam amelyek a galaxisok középpontjában lapulnak. Legtöbbször inaktívak, de amikor aktívak, és csillagokat és gázt esznek, a fekete lyukhoz közeli terület felülmúlhatja az egész galaxist, amely otthont ad nekik. Azokat a galaxisokat, ahol a fekete lyukak aktívak, nevezzük kvazárok. Mindazzal együtt, amit az elmúlt évtizedek során megtudtunk a fekete lyukakról, még mindig sok van megoldandó rejtélyek.
Halál a fekete lyuk által
Fekete lyukak kialakulása várható, ha egy hatalmas csillag meghal. Miután a csillag nukleáris üzemanyaga kimerült, magja az elképzelhető legsűrűbb anyagállapotba omlik, amely százszor sűrűbb, mint egy atommag. Olyan sűrű, hogy a protonok, neutronok és elektronok már nem különálló részecskék. Mivel a fekete lyukak sötétek, akkor találják meg őket rendes csillag körül keringenek. A normál csillag tulajdonságaiból a csillagászok következtethetnek sötét társának, a fekete lyuknak a tulajdonságaira.
Az első megerősített fekete lyuk az volt Cygnus X-1, a Cygnus csillagkép legfényesebb röntgenforrása. Azóta körülbelül 50 fekete lyukat fedeztek fel olyan rendszerekben, ahol egy normál csillag kering egy fekete lyuk körül. Ezek a legközelebbi példák kb 10 millió, amely várhatóan szétszóródik a Tejútrendszeren.
A fekete lyukak az anyag sírjai; semmi sem kerülheti el őket, még a fény sem. A annak a sorsa, aki a fekete lyukba esik fájdalmas „spagettisítés” lenne, amit Stephen Hawking népszerűsített könyvében „Az idő rövid története.” A spagettiképzés során a fekete lyuk intenzív gravitációja széthúz, csontjait, izmait, inait és még molekuláit is szétválasztja. Ahogy Dante költő leírta a szavakat a pokol kapuja fölött Isteni színjáték című versében: Hagyjátok el a reményt mindnyájan, akik ide beléptek.
Egy éhes vadállat minden galaxisban
Az elmúlt 30 év során megfigyelések a Hubble Űrtávcső ezt bizonyították minden galaxis középpontjában fekete lyukak találhatók. A nagyobb galaxisokban nagyobb fekete lyukak vannak.
A természet tudja, hogyan kell fekete lyukakat létrehozni a tömegek megdöbbentő tartományában, a Nap tömegénél néhányszoros csillagtetemektől a több tízmilliárdszor nagyobb tömegű szörnyekig. Ez olyan, mint a különbség az alma és a gízai nagy piramis között.
Tavaly a csillagászok publikálták a első kép egy fekete lyukról és eseményhorizontja, egy 7 milliárd naptömegű fenevad az M87 elliptikus galaxis közepén.
Ezerszer nagyobb, mint a galaxisunkban lévő fekete lyuk, amelynek felfedezői elkapták az idei Nobel-díjat. Ezek a fekete lyukak az idő nagy részében sötétek, de amikor gravitációjuk behúzza a közeli csillagokat és gázokat, intenzív tevékenységre lobbannak fel, és hatalmas mennyiségű sugárzást pumpálnak ki. A hatalmas fekete lyukak két szempontból is veszélyesek. Ha túl közel kerülsz, a hatalmas gravitáció magával ragad. Ha pedig aktív kvazárfázisban vannak, nagy energiájú sugárzás éri.
Mennyire fényes a kvazár? Képzelje el, hogy éjszaka egy nagy város felett lebeg, mint Los Angeles. A város autóiból, házakból és utcáiból származó nagyjából 100 millió fény egy galaxis csillagainak felel meg. Ebben a hasonlatban a fekete lyuk aktív állapotában olyan, mint egy 1 hüvelyk átmérőjű fényforrás Los Angeles belvárosában, amely százszorosával vagy ezrével felülmúlja a várost. A kvazárok a világegyetem legfényesebb objektumai.
A szupermasszív fekete lyukak különösek
A eddig felfedezett legnagyobb fekete lyuk tömege a Nap tömegének 40 milliárdszorosa, vagy a Naprendszer méretének 20-szorosa. Míg a naprendszerünk külső bolygói 250 év alatt egyszer keringenek, addig ez a sokkal nagyobb tömegű objektum háromhavonta egyszer megpördül. Külső éle a fénysebesség felével mozog. Mint minden fekete lyuk, a hatalmasakat is eltakarja egy esemény horizonton. Központjukban van szingularitás, egy pont a térben, ahol a sűrűség végtelen. Nem érthetjük meg a fekete lyuk belsejét, mert a fizika törvényei felborulnak. Az idő megfagy az eseményhorizontnál, és a gravitáció végtelenné válik a szingularitásnál.
A jó hír a hatalmas fekete lyukakkal kapcsolatban az, hogy túlélheti, ha beleesik. Bár a gravitációjuk erősebb, a nyújtóerő gyengébb, mint egy kis fekete lyuknál, és nem ölne meg. A rossz hír az, hogy az eseményhorizont a szakadék szélét jelzi. Semmi sem menekülhet ki az eseményhorizontból, így nem tudtál elmenekülni vagy beszámolni az élményeidről.
Stephen Hawking szerint a fekete lyukak azok lassan elpárolog. Az univerzum távoli jövőjében, jóval azután, hogy az összes csillag meghalt, és a galaxisok kiszorultak a látótávolságból a gyorsuló kozmikus tágulás miatt, a fekete lyukak lesznek az utolsó túlélő objektumok.
A legmasszívabb fekete lyukak egy elképzelhetetlen számú év elpárolog, becslések szerint 10-től a 100. hatványig, vagy 10-ig 100 nullával utána. A világegyetem legfélelmetesebb tárgyai szinte örökkévalóak.
Írta: Chris Impey, az Arizonai Egyetem kiváló csillagászati professzora
Eredetileg megjelent A beszélgetés.
