Mustat aukot
Kuinka mustat aukot syntyvät ?
Mustat aukot syntyvät tähtien jätteistä, joten ensin pari sanaa tähtien elämästä. Kun tähti on syntynyt se kuluttaa polttoainettansa, heliumia ja vetyä, fuusioreaktiossa. Näin se pystyy hetkellisesti voittamaan painovoiman. Mitä suurempi tähti on sitä nopeammin sen polttoaine loppu sillä vetovoima jota sen täytyy vastustaa on erittäin suuri. Kun kaikki aines on lopulta muuttunut raudaksi alkaa tähden lopun hetket. Tähti ei enää pysty voittamaan painovoimaa. Se tekee siis viimeisen mahdollisuutensa; se räjähtää supernovana. Supernovana räjähtävä tähti aiheuttaa paineaallon, joka syöksee paljon ainetta avaruuteen. Supernova saattaa loistaa kirkkaimpana tähtenä taivaalla viikkoja. Viimeksi nähtiin supernova eteläisellä pallon puoliskolla 1984, kun taas ensimmäinen varma havainto on 1500-luvulta.
Supernovana räjähtämisen jälkeen vetovoimaa ei pysty pidättämään mikään. Mikäli tähden massa on tarpeeksi suuri se rupeaa hitaasti tiheytymään. Ensin se muuttuu erittäin tiheäksi neutronitähdeksi, mikäli sen massa on suurempi kuin 1,4 Auringon massaa. Tämän jälkeen se jatkaa tiheytymistään, mikäli sen massa on tarpeeksi suuri (enemmän kuin kolme kertaa auringon massa). Tällä kertaa ei tähden supistuminen enää lakkaakaan vaan se pienenee äärettömästi. Kun tähden tilavuus on nolla, on se muuttunut mustaksi aukoksi eli singulariteetiksi. Tällöin sen vetovoima on niin suuri että se imee itseensä kaiken eikä mikään pääse pakenemaan, ei edes itse valo.
Mustat aukot
Mustia aukkoja on luokiteltu neljään eri ryhmään. Yksi niistä on ns. miniaukot, jotka saattavat olla atomiakin pienempiä ja jotka ovat syntyneet alkuräjähdyksessä. Toinen ryhmä ovat yksittäiset mustat aukot, jotka ovat syntyneet tähtien jätteistä. Kolmannen ryhmän muodostavat mustat aukot joiden oletetaan majailevan galaksien keskustoissa. Nämä aukot olisivat massaltaan suunnattomia. Taivaalta on löydetty myös ns. kvasaareita, jotka ovat ennennäkemättömän kirkkaita. Näiden epäillään olevan galakseja joiden koko on sama kuin Aurinkokuntamme ja epäillään että näitää pitää yhdessä suunnaton musta aukko.
Mustalla aukolla olisi mahdollisuus saada myös energiaa. Koska mustan aukon aiheuttama vetovoima on ääretön on myös sen aiheuttama voima ääretön. Kuvitellaan esimerkiksi että sijoittaisimme dynamon kauas ja kiinnittäisimme siihen massattoman langan, jonka toisessa päässä olisi esine. Koska vetovoima on ääretön muuttuisi esineen koko paino energiaksi, koska Einsteinin mukaan on mahdollista että energia muuttuu energiaksi ja päinvastoin. Energiaa esineestä saamme Einsteinin kuuluisan kaavan E=MC^2 mukaan.
Mustien aukkojen havaitseminen
Musta aukko imee itseensä kaiken valon; sen takia se on musta. Mustaa aukkoa olisi erittäin järkevää käyttää gravitaatiolinssinä, mutta sen löytäminen on erittäin vaikeaa. Teoreettisesti on kuitenkin kaksi mahdollisuutta mustan aukon havaitsemiseen. Toinen on ns. Hawkingin säteily ja toinen on röntgensäteily.
Mustan aukon lähettämä röntgensäteily
Musta aukko lähettää röntgensäteitä. Tai oikeastaan aine jota musta aukko imee lähettää röntgensäteitä. Musta aukko imee itseensä kaasua, esimerkiksi läheisestä tähdestä. Kun kaasu saavuttaa lähes valon nopeuden lähettää se röntgensäteen. Se on ikään kuin viimeinen "avunpyyntö", joka pystytään havaitsemaan röntgenmittareilla. Tällä menetelmällä on löydetty useita eri kohteita, jotka lähettävät tarpeeksi paljon röntgensäteitä ollakseen musta aukko. Näistä mielenkiintoisin on ehkä Cygnaeus X tähden kumppanina.
Hawkingin säteily
Stephen W. Hawking todisti että mustat aukot säteilevät vähän, mutta säteilevät kuitenkin. Tämä johtuu siitä että kaikkialla on virtuaalihiukkasia. Virtuaalihiukkaset elävät vain hetken verran, mutta mikäli ne saavat tarpeeksi energiaa voivat ne muuttua todellisiksi. Tätä oletusta Hawking ryhtyi kehittelemään. Hän keksi että mikäli virtuaalihiukkanen saisi energiaa mustan aukon painovoimakentästä ja saisi oikean suunnan niin että musta aukko ei saisi vedettyä sitä takaisin. Virtuaalihiukkasen pitää muuttua hiukkaseksi juuri oikealla etäisyydellä tai musta aukko vetää sen takaisin. Toinen ongelma tälle hiukkaselle on se että kun virtuaalihiukkanen muuttuu "oikeaksi" hiukkaseksi syntyy myös sen antihiukkanen. Kun antihiukkanen törmää hiukkaseen muuttuvat molemmat täydellisesti energiaksi. Kuitenkin harvat hiukkaset pääsevät pakenemaan ja nämä voitaisiin teoriassa havaita. Käytännössä emme pysty tähän ikinä sillä säteily on niin heikkoa.
Aika mustassa aukossa
Suhteellisuusteorian mukaan aika on suhteellista. Se tarkoittaa sitä että aika voi kulkea eri nopeudella eri paikoissa. Kuitenkaan havaitsija, joka käy molemmissa paikoissa ei huomaa eroa. Sen sijaan havaitsija joka katselee toisesta paikasta toiseen paikkaan huomaa eron. Suhteellisuusteorian mukaan massa muokkaa aika-avaruutta niin että aika kulkee hitaammin suuren massan lähettyvillä, koska aika-avaruus ovat sama taso, johon syntyy massan vaikutuksesta kuoppia. Musta aukko taas aiheuttaa aika-avaruuteen äärettömän kuilun, tai oikeastaan kosmisen katiskan jonne materia pääse sisälle, mutta onkin silloin pallon sisällä eikä pääse pois. Täsät oletuksesta kerron vielä lisää.
Kuvitellaan että superastronautti, joka ei pysty repeämään tai venymään, laskeutuu tähden pinnalle joka on juuri rupeamassa kutistumaan. Hänen tehtävänsä on lähettää viesti joka sekunti. Hitaasti painovoima rupeaa kasvamaan joten ajan nopeus hidastuu. Tämän takia astronautti lähettää viestejään yhä hitaammin. Lopulta ei viestiä tulekaan. Mistä tämä johtuu ? Se johtuu siitä että musta aukko (singulariteetti) synnyttää aika-avaruuteen pohjattoman kuilun paikallisesti. Tästä on seurauksena se että ulkopuolisen tarkkailijan mielestä aika on pysähtynyt, mutta astronautin mielestä aika on kulkenut normaalia vauhtia. Lopulta astronautti murskautuu singulariteettiin. Tätä ei ulkopuolinen havaitsija näe koskaan, vaikka itse astronautti on jo murskautunut. "Astronautti", tai ainakin hänen kuva, jää ikuisiksi ajoiksi mustan aukon pinnalle.
Toisia maailmankaikkeuksia
Kuten edellä mainitsin voimme ajatella mustan aukon aiheuttavan aika-avaruuteen kosmisen katiskan, jonne pääsee sisälle, mutta josta ei pääse pois. Teoreetikko Lee Smolin on keksinyt tätä kautta toisen teorian. Entäpä jos tuo kosminen katiska kasvaisi ja lopulta siitäkin kasvaisi maailmankaikkeus. Katiska ei näkysisi ulkopuolelle, mutta se olisi siälläpäin erittäin suuri. Smolin väittää että meidän maailmankaikkeutemme tarkasti määrätyt luonnonlait johtuvat siitä että mediän maailmankaikkeutemme saa helpoiten "jälkeläisiä" eli mustia aukkoja. Meidän kaltaisemme maailmankaikkeus olisi siis yleisin koko kaikkeudessa. Smolinin teoria olisi mahdollista todistaa hyppäämällä mustaan aukkoon. Jos se olisi toinen maailmankaikkeus teoria olisi tosi. Mikäli se ei olisi teoria olisi väärä. Ainoa ongelma tässä on se että vaikka hyppääjä ei murskautuisikaan vaan pääsisi toiseen maailmankaikkeuteen hän ei voisi kertoa siitä meille. Smolin tukee teoriaansa sillä että meidänkin maailmankaikkeutemme on syntynyt singulariteetista. Smolinin teoriaa kutsutaan maailmankaikkeuksien evoluutioteoriaksi.