Kiút a fekete lyukból

Úgy indult, hogy nem értettem, mi is a helyzet a Hawking sugárzásnak nevezett anyagkibocsátással. Ha egyszer a fekete lyukból elvileg nem jöhet ki semmi, a fényt is beleértve, ez micsoda? A Hawking sugrázás ráadásul nem valami elvont elméleti fogalom, a megfigyelések is alátámasztani látszanak. A Messier87 nevű elliptikus rádiógalaxisra tekintve (jobbra) ugyanis egyértelműen látszik a kb. 7000 fényév hosszú realtivisztikus anyagsugár, mely a galaxis középpontjában lévő fekete lyukból áramlik kifelé.

Induljunk az alapoktól.

A Wikipedia szerint a fekete lyuk olyan égitest, amelynek a felszínén a szökési sebesség eléri vagy meghaladja a fénysebesség értékét. De mit jelent a szökési sebesség? Nem más, mint az a minimális sebesség, amely ahhoz szükséges, hogy egy égitest felszínét elhagyjuk, annak a felszínéről "elszökjünk". (csak hasonlításképpen: a Föld szökési sebessége 11,19 km/s, a Jupiteré 59,6 km/s, a Napé pedig 617,3 km/s) Tehát ahhoz, hogy egy fekete lyukból kiszökjünk, gyorsabban kell haladnunk, mint a fény. Ami azonban lehetetlen. Mégis történik anyagkibocsátás.

A relativitás elmélet szerint a fekete lyuk egy szingularitás, melyben a fizikai mennyiségek, a téridő-görbület értéke végtelen lesz. A fekete lyuk valószínűleg nem egy lyuk, hanem gömb, és ahogy a világegyetemünk égitestjei általában, a fekete lyuk is forog a tengelye körül (másodpercenként akár 950-szer). Azt hiszem, az a legtöbb ember számára ismert dolog, hogy a fekete lyukak a nagy tömegű csillagok halálát követően keletkeznek, mikor a szupernova robbanást követően hátramaradt neutroncsillag magába roskad.

Érdekesebb égitestek a szupermasszív fekete lyukak, amelyek a galaxisok - köztük a Tejút - magjában találhatóak. Az ilyen fekete lyukak köré akkréciós korong (balra) formájában gyűlik az anyag, s a korongot a lyuk folyamatosan szippantja magába. Félelemre nincs okunk, a Tejút közepén lévő szupermasszív fekete lyuk állítólag nyugalmi állapotban van, kevés anyagot nyel el. Ha azonban lehetősége lenne több anyagot bekebelezni (pl. galaxisütközés), az akkréciós korong felforrósodna, és az energiafelesleg egy részét elektromágneses sugárzás formájában bocsátaná ki.

És itt vissza is érkeztünk a Messier87 rádiógalaxishoz, aki éppen ezt csinálja. Központjában kb. 6,4milliárd naptömegű fekete lyuk van, így eseményhorizontja (tehát annak határa, ameddig még hatással van a szemlélőre) nagyobb, mint a Naprendszer. Emellett rettenetesen erős gammasugár forrás, magja körül pedig kb. 12.000 gömbhalmaz található (a Tejútrendszerben ma 158-at ismerünk).

Hogy hogyan is keletkezik ez a relativisztikus jet, és mi köze a Hawking sugárzáshoz, arra a Fizikai Szemle 2007/5. számában megjelent cikk megadja a választ:

"A fekete lyukak nagy tudósa a 20. században Stephen Hawking volt. Híres felfedezése a Hawking-sugárzás, amely azt bizonyította, hogy az alapdefiníció nem jó, valami mégis kijön a lyukból. Ennek oka a kvantummechanika.

Hawking érvelése szerint az üres tér a kvantummechanika törvényei szerint soha nem teljesen üres, részecske- antirészecske párok keletkezhetnek benne, amelyek azonnal újra megsemmisülnek. Természetesen ez a párkeltés nem olyan, mint amilyet fizikai kísérleteinkben megszoktunk, ahol van elég energia: itt a pár összenergiája zérus, ami azt eredményezi, hogy az antirészecskéknek negatív energiájúaknak kell lenniük, ezért partnerüktől nem távolodhatnak nagyon el. A fekete lyuk környékén azonban a nagy gravitációs energia miatt nagyon nagy lesz a részecskék energiája, és így bekövetkezhet, hogy a pozitív energiájú részecske el tud távolodni a fekete lyuktól, miközben a negatív energiájú partnere beleesik abba. A kilépő részek sugárzását nevezik Hawking-sugárzásnak. A lyukba beleesett részecske a sűrű rendszerben azonnal talál ugyanolyan kvantumszámokkal jellemezhető partnert, mint az eltávozott párja volt, és azzal szétsugárzik. A sugárzás egyik következménye, hogy a fekete lyuk energiája nagyon kicsit csökken. Egy egykilós, azaz 10⁻²⁷ méter sugarú fekete lyuk anyaga 10⁻²¹ másodperc alatt teljesen eltűnik. A sugárzás nagyon nagy energiájú gammasugárzás lesz. A nagy lyukak sokkal lassúbb ütemben vesztik el az energiájukat, mint a kisebbek."

Talán mindebből érdekesebb az, mi történik, ha valaki belép a fekete lyuk eseményhorizontja mögé. A kívülálló számára ez az érintett gyors megsemmisülésesét jelenti. A bátor vállalkozó számára is viszonylag gyorsan bekövetkezik a vég, ha egy átlag fekete lyukba lép. Egy szupertömegű fekete lyukban azonban még órákat is eltölthet. Igaz, ez idő nem éppen kellemesen telik, amikor a gravitációs tér erőssége miatt testünk spagettiként nyúlik meg, s három térdimenziós létünk egyre akar csökkenni.

Vannak spekulációk melyek szerint a fekete lyukak lehetnek féreglyukak, melyek segítenének bennünket a téridő legyűrésében. A fekete lyuk kijáratának a fehér lyukat tartják, amely minden eltaszít magától, és felszínén semmi sem maradhat meg. Ilyen objektumot azonban nem találtak, és nem ismertek olyan folyamatok, amelyek során egy ilyen objektum létrejöhetne. Ettől függetlenül a fekete lyukak rengeteg ötlettel szolgáltak a science fiction világának, és valószínűleg a jövőben is azzal szolgálnak majd.

Tőlünk szerencsére messze vannak.

Forrás:
Wikipedia
Fizikai Szemle
hírek.csillagászat.hu