Mivel elég izgalmas téma, és a múltkori, Az univerzum hőse című cikkem vége eléggé felcsigázta az érdeklődést, megpróbálom összegyűjteni mindazt, amit a fekete lyukakról eddig feltárt a tudomány. Nem könnyű feladat, és csak azoknak ajánlom, akik ez ügyben rendelkeznek némi alappal vagy kellő fantáziával.

 

black_hole1

 

A fekete lyuk ugyanis nem hajlandó magáról elárulni semmi mást, mint a forgását, a tömegét és az elektromos töltését. Szerencsére vannak megfigyeléseink, igaz nagyon szerény eredményekkel, és azután ott vannak a matematikai egyenletek. Legfőképpen ezekre támaszkodhatunk. Főleg Einstein relativitás elmélete. Az első, hogy tisztázzuk, hogyan keletkeznek a fekete lyukak. Fekete lyuk elvileg bármiből lehet, csak megfelelő arányban kell lennie a tömegének és a sugarának, hogy a gravitációja olyan erős legyen a felszínén, hogy a szökési sebesség eléri a fényét. Ezt az összefüggést fejezi ki a schwarzschild-sugár.

Valójában fekete lyuk óriáscsillagok pusztulásakor keletkezik. Ezek legalább 10 Naptömegűek, és szupernóva robbanással pusztulnak el. A csillag magját pedig a gravitáció fekete lyukká roppantja össze. De mi voltaképpen a fekete lyuk? Leginkább egy pólusain belapított gömbhöz hasonló zóna, az eseményhorizont, és mögötte a szingularitás. Egy anyagot elnyelő fekete lyuk szerkezete a következő: Egy szuper forró gázokból álló akkréciós korong övezi, ez egy anyagbefogási korong, ahol a benne lévő gáz spirál alakban haladva a fekete lyukba hull. A fellépő súrlódástól igen magas hőmérsékletre hevül.

 

black_hole2

 

A fekete lyuk pólusai mentén úgynevezett Jet-ek lövellnek ki, ezek a mágneses mező által fénysebességre gyorsított részecskékből áll. Amennyiben a fekete lyuk forog is, kialakul egy statikus határ, melyben minden a tércsavarodás hatása alá kerül. A tér és az idő eltorzul olyanféleképpen, hogy a fénysugarak elhajlanak a fekete lyuk felé, az idő pedig lelassul. A fény hullámhossza a vörös felé tolódik el. Ez a gravitációs vöröseltolódás.

Ezen belül található az eseményhorizont, amelyet átlépve nincs többé visszaút. Az eseményhorizontot egy izzó Hawking-sugárzást kibocsátó légkör veszi körül. Ha az anyag átjut az eseményhorizonton, az örökre elveszik. Az eseményhorizonton belül létezik egy határ, ez a Cauchy-horizont, amely valahol az eseményhorizont és a szingularitás között van, itt válnak semmissé az általunk ismert fizika törvényei. A centrumban a szingularitás található, mely talán nem egyéb, mint végtelenül görbülő téridő csomó. Egyes elméletek szerint miközben az anyag az eseményhorizont felé zuhan, transzformáción esik át és megfagy (kvantumértelemben), egyfajta héj alakul ki.

 

black_hole3

 

A klasszikus elméletek szerint a fekete lyuk az, amit fentebb leírtam. Egy összeomlott csillag maradványa, ahol a szökési sebesség meghaladja a fényét. Az eseményhorizonton megáll az idő, a fekete lyukban pedig a tér és az idő széthasad oly módon, hogy a térről lehámlik az idő. Ennek eredménye a téridőhab, mely olyan, hogy a tér elemeire bomlik, végtelenül eltorzult, görbült, az időnek pedig nincs meghatározott iránya. A tér a kvantumgravitáció szabályai alá kerül, véletlenszerű habbá alakul. Az elmélet ezen része nem ellenőrizhető.

Más vélemények szerint a fekete lyuk nem egyéb, mint testetlen tömeg, végtelenül görbült tér, mely anyag nélküli. A fekete lyukba sajnos nem tudunk belesni, így nem tudjuk ezt ellenőrizni, nem figyelhetjük meg a központot, a szingularitást, ahol a relativitáselmélet is csődöt mond. A fekete lyuknak hőmérséklete is van, és Hawking sugárzást bocsát ki. Erre a nevezett tudós jött rá. A Hawking sugárzás úgy keletkezik, hogy az eseményhorizont rendkívüli gravitációja a vákuumból egy anyag-antianyagpárt kölcsönöz, és az anyagot elnyeli, míg az antianyag elszökik. Így a fekete lyuk párolog, mivel az elszökő antianyag részecske energiát visz el a fekete lyuktól.

 

black_hole4

 

Vannak olyan érdekes elméletek, melyek azt tárgyalják, hogyan lehet bejutni a fekete lyukba, és mi történik odabent. Egy kicsi, néhány tíz Naptömegű fekete lyuk eseményhorizontja erősen görbült, ellenben egy olyané, mint amely a Tejút közepén van (4 millió Naptömeg) vagy az M87 galaxis közepén (3 milliárd Naptömeg) eseményhorizontja olyan kis ívben görbült, hogy kényelmesen át lehet rajta haladni. A belépő anyag persze fénysebességre gyorsul, majd átlépve a horizontot, ahol a tér a fény sebességét meghaladóan zuhan a szingularitás felé (ha nincs a fekete lyukban anyag), és egyszerűen átesik. A másik oldalon kilép.

Ez a fehér lyuk. Ha a fekete lyukban van anyag, akkor az belül hevesen örvénylik, és a belépő anyag ütközik vele, így nem valósulhat meg, hogy átesik. Hogy igaz lehet-e ez, nem tudjuk. Tetszetős elmélet. Az eseményhorizonton belül egyfajta tükörvilág van. A fénysugár útja körré hajlik, és az eseményhorizonton belül örvénylik.

 

black_hole5

 

Ezen elmélet kiegészítője az Einsein-Rosen híd, mely azt taglalja, hogy a fekete lyukakban az anyag nem egy ponttá zsugorodik, hanem egy gyűrűvé, mint egy fánk, melynek igen érdekes tulajdonságai vannak. Ha egy szondát lőnénk a fekete lyukba, az a gyűrűnek csapódva megsemmisülne, ha azonban a pólus felől közelítene, igen nagy, de nem végtelen görbületet tapasztalna. Egy ilyen forgó fekete lyukon át lehetne így haladni, ez lenne a féregjárat. Bent igen érdekes tükörvilágot tapasztalnánk, mert bent a fekete lyukban olyan fény keringene, mely már nem is létező dolgokat tükröz úgy, mint a tükörteremben, ahol a fény körbepattog a falakon lévő tükrökön. A forgó fekete lyuk tércsavarodása mellesleg az időutazás eszköze is lehet. Számtalan elmélet foglalkozik ezzel.

A fentebb leírtak java része matematikai elméleteken alapul. Mint leírtam, az elméletek nehezen ellenőrizhetőek, mert nem látunk bele a fekete lyukba. A sci-fi írók azonban bőséges ihletforrást találnak ezekben az elméletekben. Legutóbb a Csillagok között c. film foglalkozott azzal, mi történik egy fekete lyukban. Meglehetősen jól ábrázolják a problémát, vagyis, hogy nem tudjuk összeegyeztetni a gravitációt és a kvantummechanikát. Nincsenek olyan egyenleteink, melyek leírnák Einstein általános relativitáselméletét a kvantumosság világában. Feltételezések szerint a fekete lyukban kvantumosság uralkodik. A filmben úgy sikerül megoldani az egyenleteket, hogy a fekete lyukba szondát lőve a mérési adatokból sikerül levezetni.

 

black_hole6

 

Az első felfedezett fekete lyuk a Cygnus X-1 volt a Hattyú csillagképben, azóta számos helyen fedeztek fel a csillagászok fekete lyukat. Többek között a Tejút centrumában. Az úgynevezett S csillagok igen gyorsan keringtek a „semmi” körül. A keringés sebességét ismerve kiszámolták a tömeget, és ilyen nagy tömeg olyan kis helyen nem lehetett más, csak fekete lyuk. A feltételezések szerint minden galaxis középpontjában van fekete lyuk. Ezek közül sok aktív, azaz anyagot nyel el, és a pólusok mentén fénysebességű Jet-eket lövell ki a világűrbe, melyek több ezer, sőt több tízezer fényév hosszúak is lehetnek. Az ilyen aktív galaxisok a kvazárok is.

 

Garzó László dr.

 

 

Hozzászólások