2020.04.05.
14:05

Írta: Horváth_Kálmán

Fekete lyukak - a létezés szülőcsatornái

#530 Indokolatlanul sok figyelmet szentelünk egy patogénnak, ami méretét meghazudtolóan befolyásolja mindennapjainkat és emberi kapcsolatainkat. Azért, hogy megőrizzétek a mentálhigiénés épségetek, feszítsétek le a tekinteteteket a mikroszkópról és bámuljatok inkább egy rádióteleszkópba, amíg a fekete lyukak titkait fürkésszük. 

Már korábban megírtuk, hogy az Ősrobbanást követő időszakban nagyobb volt a nihil, mint Tapolcán karanténkor: a lassan kihűlő, de még így is elképesztően forró Univerzumban kezdetben csak túlhevült kvark-gluon ősleves rotyogott, aminek a levében kisültek az első protonok és neutronok, amiket az erős kölcsönhatás terelt össze atomokká. Ahogy egyre több hidrogénatom keletkezett, felhőkké kezdtek összeállni, aztán ahogy ezek egyre mokányabbakká váltak, a tömegvonzásuk miatt más hidrogénfelhőket is begyűjtöttek, majd egymásra is hatva lassú örvénylésbe kezdtek, az örvénylés középpontjába egyre több anyag került, ahol a hő és a nyomás hatására az egymást amúgy taszító, Dózsás-Fradis atommagok egyesültek és beindult a magfúzió (a hidrogénatomok egyesülése héliummá), aminek a középpontból kifelé tartó energiahulláma a befelé törekvő gravitációnak ellentartva egy egyensúlyi állapotot teremtett - megszülettek az első csillagok. 

lifecycle-of-a-star.png

Csillag születik

A csillagok pályaválasztási könyve nincs túlírva: amikor elfogy a nafta, akkor előbb felfúvódnak, végül győz a gravitáció és lenyelődnek a saját torkukon, de ezt ne úgy képzeld el, mint amikor a disznót a saját belébe töltik vissza. Magukba roskadásuknál ha relatív kis tömegűek (1,44 naptömeg alattiak), akkor fehér törpévé válnak és karrierjük végén elmennek a Trónok Harcába szerepelni. A nagyobb csillagok egy heves szupernova robbanással dobják le magukról a felesleget, a belső magjuk pedig neutroncsillaggá (amikről már szintén írtuk itt korábban), kvarkcsillaggá vagy fekete lyukká változik. 

 

Végzetes vonzerő

John Michell, angol csillagász 1784-ben gondolta először tovább Newton gravitációelméletét: logikusnak tűnt, hogyha a testek tömegvonzását leíró képletben az egyik test helyére a Nap tömegének sokszorosával bíró csillagot ír, akkor az olyan erős gravitációs teret képez, hogy azt semmi nem bírja elhagyni.

Karl Schwarzschild (akinek determinisztikus neve fekete pajzsot jelent) német csillagász a XX. század elején abból indult ki, hogy a nagy tömegű csillagok összezuhanásakor a zsugorodás következtében ahogy a felszíni gravitáció növekszik, úgy nő a hozzá tartozó szökési sebesség is, amíg az el nem éri a fénysebességet és innentől kezdve már a fény sem tudja elhagyni az adott égitest felületét. Az eseményhorizonttól (ami szintén a német csillagász teóriája volt eredetileg) már gyengül ez a hatás, kívülről nézve a fekete lyukak körvonalai itt sejlenek fel először.

Az eseményhorizont minden nagy tömegű testnél más méretű, és a Schwarzschild-sugár adja meg ezek méretét. A Földnél ez nagyjából egy 9 mm-es gömb (nagyszámú laposföld-hívői olvasóink számára: pénzérme) lenne, vagyis ekkorára kell összenyomni, hogy fekete lyukká változzon, de ez nagyon melós úgy, hogy a bolygó két átellenes pontján egyszerre ugrálva próbáljátok kilapítani a haverjaitokkal (próbáltuk). 

Einstein az általános relativitáselméletében vezette le, hogy a nagy tömegű testek a gumilepedőre dobott tekegolyókhoz hasonlatosan meggörbítik a téridőt. Az korábban is sejthető volt, hogy az SI-mértékegységek 18. hatványa felett (és a -18. hatvány alatt is) új fizikai törvényszerűségekkel és tudományágakkal (kozmológia és kvantummechanika) kell számolni, de a gravitációs hatásnak ez az újszerű értelmezése a newtoni fizika egy részét is zárójelbe tette (aztán 20 év múlva Einstein elképzeléseinek egy részét írta felül a macskás Schrödinger és az amfetaminos Heisenberg). 

deflection-of-light-due-to-the-mass-of-the-sun.jpg

“A téridő mondja meg az anyagnak, hogyan mozogjon. Az anyag pedig megszabja a téridőnek, hogyan hajoljon.” - John Archibald Wheeler

 Ha egy lézerrel vízszintesen átvilágítasz a szomszéd ház homlokzatára, a nyaláb picit (műszerekkel is alig mérhető módon) lejjebb fog megjelenni a falon, mint ahonnan elindult. Ez nem a Föld gömbtermészetét támasztja alá (hello megint laposföldesek!), hanem azt, hogy már ezen a rövid, egyenesnek tűnő szakaszon is érvényesül a bolygó által kiváltott térhajlítás. 

A fekete lyukaknál ugyanez történik, csak nagyban: annyira összekócolják a téridőt a környezetükben, hogy a betérő fotonokat az eseményhorizont belső felületén végtelen hosszúságú, saját magába visszatérő pályákra kényszerítik - tehát nem a tömegvonzás (a fotonoknak nincs nyugalmi tömege) és a megnövekedett szökési sebesség miatt nem tudja elhagyni a fény a fekete lyukakat - a newtoni fizika nem értelmezhető itt. A foton számára amúgy továbbra is úgy tűnik, mintha tartana valahova, hasonló ez ahhoz, mint amikor elindulsz megkerülni a Földet, jó ideig megvan a haladás illúziója, aztán a végén megérkezel Kőbányára (a laposföldeseknek ez is kimarad). 

 

 

Felsejlik a sötétség szeme

A fekete lyukak nem túl fotogének: a képalkotás egyik feltétele, hogy legyenek a fotóalanyról visszapattanó fotonok, amikből itt egy sincs. Szerencsére a picit komolyabb tömegű, aktív monstrumok körül általában lehet találni egy akkréciós korongnak hívott fényes úszógumit, ami minden oldalról gondoskodik a jó megvilágításról.

20140916a-stellarmass-black-hole-in.jpg

Most már látod, hogy hova kellene nézned, hogy ne láss semmit.

Ezek annak köszönhetően alakulnak ki, hogy a relatív lassan forgó csillagok fekete lyukká omlásuk előtt sokat veszítenek átmérőjükből (a szupernova robbanás során lekerülő sűrű anyaghalmaz olyan hatású, mint amikor a jégtáncos behúzza a lábát),  így pörgésük felgyorsul és ez az örvénylő mozgás az erős gravitációs vonzásukkal kiegészülve a csillagközi portól kezdve a csillagok fűtőanyagául szolgáló gázokon át egészen az aktív csillagokig képesek mindent magához szippantani és a fekete lyuk körül egy viszonylag rendezett pályára állítani. Az akkréciós korongban összegyűlt anyag közel fénysebességgel kavarog, a súrlódástól és a magas hőmérséklettől pedig szétfő, mint a malacfül a kocsonyában, csak itt atomi szinten történik a kioldódás. A végeredmény sűrű elektron- és ionleves, vagyis plazma lesz, aminek kb. 40%-a soha nem tud belezuhanni a fekete lyukba a nagy sebesség miatt. Ennek az elektromosan töltött plazmának, illetve az általa kiváltott mágneses térnek köszönhető a fekete lyukak egyik legjobban fotózható jelensége (koncepciórajzokon legalábbbis jól néz ki) a halálsug relativisztikus anyagsugárnak nevezett kitörés, ami lényegében egy elektromágneses ágyú és az univerzum egyik legpusztítóbb kilehelése, a hatos villamos reggeli diabéteszes szájszagai után. Ha láttál már játszótereken a túlpörgetett forgóról leszédülő, sugárban hányó ovisokat, akkor ismerős lesz a jelenség: a közel fénysebességgel  keringő, elektromosan töltött anyag egy részét a korong mágneses mezője hengerszerűre formázza, a téridő torzulása pedig feltekeri és ezzel kozmikus búgócsiga-jelleget ad a fekete lyuknak. 

3981.jpg

Egy ilyen közel fénysebességű bulimiának, amely akár többmilliárd csillag erejét koncentrálja fényes sugarában a fénye erősebb, mint a körülöttük lévő galaxisnak kummulálva. A kitörés az útjában lévő csillagokat és bolygókat úgy pusztítja el, mint a szappanos víz a koronavírus lipidburkát, figyeltek már meg olyan anyagnyalábot is, aminek a hossza elérte az 5 millió fényév hosszúságot is. 

wir_skyrock.jpg

Blazár / Kvazár / Rádiógalaxis / Relativisztikus Jet / Kozmikus bulimia

Attól függően, hogy honnan nézed ezeket a kozmikus rivaldafényeket, nevezzük őket kvazároknak, blazároknak vagy rádiógalaxisoknak, szóval kicsit olyanok, mint egy orgia, ami messziről izgalmas, közelről bizarr, amikor meg benne vagy, akkor a legtöbbször fiúöltöző-szagú és kiábrándító. 

Ezeknek a sugárágyúknak vegyesebb a megítélése, mint Michael Jacksonnak: koncentrált energianyalábjaikkal akár hatalmas csillagokat is képesek szétszaggatni, az így felszabaduló nyersanyagból viszont új csillagok képződhetnek, hiszen ezeknek a receptfüzetében csak egyetlen összetevő szerepel: a hideg hidrogén. A túlhevült galaxisközpontokban esély sincs csillagok létrejöttére, ezek a plazmágyúk viszont kinyomják az anyagot a galaxis hideg széleire és ez az univerzum termosztátja működés a galaxisok stabilizálásához is jól jön: a fűtés bekapcsolásával és a kifúvódással gondoskodnak az anyag és a hőmérséklet egyenletesebb eloszlásáról. 

Azért nem ez a pazarlás a jellemző a fekete lyukakra, az anyagkidobást csak egy kis részük csinálja és náluk sem teljesen tisztázott, hogy mi indítja el ezt a savas felböfögést - egy teória szerint a körpályára feltekert szupernóva energiájától lesz olyan a hatás, mint amikor a házibulikon berakják a Killing in the Name Of-ot. 

A fekete lyukak környezetéből nem csak így tűnik el az anyag, érdemes szót ejteni a Hawking-sugárzásról is.

image.png

Néha a részecsketinder sem segít

A kvantummechanika egyik törvénye szerint az üres tér valójában soha nem teljesen üres: folyamatosan virtuális, nagy energiájú részecskék és antirészecskék képződnek benne, amelyek születésük után szinte azonnal egyesülnek és egymást kioltva megsemmisülnek. Stephen Hawking feltételezte, hogyha a keletkezés egy eseményhorizont mellett következik be, akkor a fekete lyuk erős vonzása elszakíthatja egymástól ezeket a párokat, akik ezután még a falusi CSOK miatt se fognak egyesülni. A lyukon kívül maradt rész szinte azonnal talál magának egy ellentétes előjelűt és annihilál, amelyik viszont az eseményhorizonton túlra került, az már csak a fekete lyuk belsejéből tud csak magának társat szerezni, amivel összegabalyodva megsemmisülhet, ezzel viszont anyagot von el, de azért szerintem ne várd meg, hogy így elpárologjon egy fekete lyuk, mert a konzervatívabb számítások szerint is egy googol (10 a századikon) évig tartana ez a folyamat. 

Remélem, hogy ezzel a kozmikus kitekintéssel kicsit sikerült elterelni a figyelmet azokról a mikroszkopikus világban zajló folyamatokról, amik valószínűleg még amúgy hetekig meg fogják határozni az életünket. Ha tetszett, gyertek vissza április 10-én, a fekete lyukról alkotott kép egy éves évfordulója apropóján lesz képelemzés és viccelődés a korpulens embereken. 

Ha kedvenc márkáid és influencereid kapcsán szeretnél szörnyűlködni, olvasd instán Szponzorálatlan Poszt testvéroldalunkat.

Szólj hozzá!

Címkék: csillagászat téridő fekete lyuk kozmológia ősrobbanás eseményhorizont magfúzió akkréciós korong kvazár Hawking csillagszületés karantén content

A bejegyzés trackback címe:

https://napivaganysag.blog.hu/api/trackback/id/tr1114933658

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.
süti beállítások módosítása