MUSTAT AUKOT AVARUUDESSA Mustissa aukoissa on paljon enemm{n kuin voi silmill{ n{hd{. Tosiasiassa silm{si eiv{t koskaan n{e mustaa aukkoa avaruudessa, vaikka k{ytt{isit apuna kaikkein kehittyneint{ teleskooppia. Syy siihen on se ett{ mustan aukon materia on niin tiivist{ ja sill{ on niin valtava painovoima ett{ se est{{ jopa valoa pakenemasta. Kuten muukin elektromagneettinen s{teily (radioaallot, infrapunas{teet, ultraviolettis{teily, r|ntgens{teet ja gammas{teily), valo on Maailmankaikkeuden nopein matkustaja. Se liikkuu l{hes 300 000 kilometri{ sekunnissa. Sellaisella nopeudella voisit kiert{{ Maapallon seitsem{n kertaa jokaisen syd{menly|nnin v{liss{. Jos valo ei voi paeta mustasta aukosta, siit{ seuraa ett{ mik{{n muukaan ei voi. Sent{hden ei ole mit{{n suoraa keinoa huomata mustaa aukkoa. Tosiasiassa t{rkein todistusaineisto mustien aukkojen olemassaolosta ei tulekaan havainnoista vaan Einsteinin Yleiseen Suhteellisuusteoriaan perustuvien monimutkaisten yht{l|iden ratkaisuista. Muiden asioiden ohessa laskelmat osoittavat ett{ mustia aukkoja saattaa esiinty{ eri kokoisina ja ne voivat olla runsaampia kuin useimmat meist{ k{sitt{v{t. PIENET MUSTAT AUKOT Jotkut mustat aukot ovat teoreettisesti l{hes yht{ vanhoja kuin Suuri Pamaus, joka on hypoteettisesti synnytt{nyt Maailmankaikkeutemme 10-20 miljardia vuotta sitten. T{ss{ syntyv{ss{ Maailmankaikkeudessa olleen tiiviin kuuman materian joidenkin osien pikaisen alkulaajentumisen on sanottu puristaneen v{hemm{n nopeasti liikkuvia osia niin paljon ett{ j{lkimm{iset ovat tulleet ylitiiviiksi ja romahtaneet edelleen muodostaen mustia aukkoja. N{in muodostuneiden aukkojen joukossa saattaa olla mikroskooppisen pieni{ mustia aukkoja. Pieni musta aukko saattaa olla yht{ pieni kuin atomin osanen mutta sis{lt{{ yht{ paljon massaa kuin Mount Everest. [l{ koskaan aliarvioi pienen mustan aukon voimaa. Jos joku tapahtuma saisi sen vapautumaan, se olisi kuin miljoonat vetypommit r{j{ht{isiv{t samanaikaisesti. KUINKA T[HDET KUOLEVAT Kaikkein laajinta tukea on annettu teorialle ett{ musta aukko on j{ttil{ist{hden kuoleman luonnollinen lopputuote. T{m{n teorian mukaan Aurinkomme kaltaiset ja muunlaisetkin t{hdet joita n{emme taivaalla el{v{t niin pitk{{n kuin sen ytimess{ ydinreaktioista syntyv{ l{mp|energia ja s{teily tarjoaa riitt{v{n ulosp{in suuntautuvan paineen ehk{isem{{n t{hden oman valtavan massan aiheuttamaa painovoimaa. Kun t{hti kuluttaa loppuun ydinpolttoaineensa, se sortuu oman painovoimansa alle ja kirjaimellisesti romahtaa sis{{np{in. Kvanttimekaniikasta ja Einsteinin Yleisest{ Suhteellisuusteoriasta johdettujen yht{l|iden mukaan t{hden j{ljell{ oleva massa m{{r{{ tuleeko siit{ valkoinen k{{pi|, neutronit{hti vai musta aukko. VALKOISET K[[PI\T T{hti{ mitataan tavallisesti vertaamalla niit{ meid{n Aurinkomme massaan. T{hti jonka j{ljell{ oleva massa on suunnilleen sama kuin Aurinkomme, tiivistyy osapuilleen Maan kokoiseksi. T{hden kutistuminen pys{htyy toisiaan vasten puristuvien elektronien ja niiden atomiytimien yhteiseen vastukseen. Materia t{ss{ romahtaneessa t{hdess{ on niin tiukasti pakkautunut ett{ sokeripalan kokoinen kappale painaisi tuhansia kiloja. Painovoimakutistuminen saattaisi my|s tehd{ t{hden valkohehkuiseksi. Sit{ kutsutaankin sopivasti valkoiseksi k{{pi|ksi. Astronomit ovat huomanneet valkoisia k{{pi|it{ avaruudessa. Ensimm{inen l|yt| oli planeetan kokoinen kohde joka n{ytti vaikuttavan suhteettoman vahvalla painovoimalla taivaalliseen kumppaniinsa, niin kutsuttu koirat{hti Sirius, jolla on noin 2.28 kertaa meid{n Aurinkomme massa. K{vi ilmi ett{ t{m{n planeetan kokoisen kohteen olisi pit{nyt olla suunnilleen yht{ massiivinen kuin Aurinkomme vaikuttaakseen Siriukseen niin kuin se teki. Lis{ksi spektrianalyysi osoitti ett{ t{hden v{ri oli valkoinen. N{ihin ja muihin tutkimuksiin pohjautuen astronomit p{{tteliv{t ett{ he olivat l|yt{neet valkoisen k{{pi|n. Kesti kuitenkin useita vuosia vuoden 1914 l|yd|n j{lkeen ennen kuin useimmat tiedemiehet hyv{ksyiv{t tosiasian ett{ tuhansia kertoja tihe{mpi kohde kuin mik{ oli mahdollista Maapallolla saattoi olla olemassa. NEUTRONIT[HDET JA SUPERNOVAT J{ttil{ist{hdet menett{v{t tavallisesti suurimman osan massastaan normaalin el{m{ns{ aikana. Jos sellainen t{hti s{ilytt{{ yh{ 1.5 - 3 aurinkomassaa kulutettuaan loppuun ydinpolttoaineensa, se saattaa romahtaa jopa viel{ valtavampaan tiheyteen ja pienemp{{n kokoon kuin valkoinen k{{pi|. Syy on se ett{ on olemassa tietty raja johon asti elektronit voivat vastustaa puristusta atomiydinten l{heisyydess{. T{ss{ tapauksessa tuo raja rikkoutuu. Elektronit kirjaimellisesti ajautuvat atomiytimiin yhdistyen protoneihin muodostaakseen neutroneja ja muuttaen siten ytimet neutroneiksi. Tuloksena olevaa kohdetta kutsutaan osuvasti neutronit{hdeksi. Se saattaa olla vain muutamia kilometrej{ halkaisijaltaan. Sokeripalan kokoinen kappale t{t{ t{hte{ voisi painaa noin puoli triljoonaa kiloa. Toisinaan kun elektronit ajautuvat protoneihin atomiytimiss{, neutriinoja r{j{ht{{ ulosp{in niin voimallisesti ett{ ne r{j{ytt{v{t t{hden ulomman kerroksen pois. T{m{ saa aikaan supernovan joka saattaa tilap{isesti himment{{ loistollaan kaikki muut t{hdet galaksissa. Kaikkein huomattavin kohde jonka uskotaan olevan neutronit{hti on Kravun T{htisumu, j{{nn|s supernovasta jonka havaitsivat ja josta kertoivat kiinalaiset astronomit vuonna 1504. T{htisumussa oleva t{hdenkaltainen kohde vilkuttaa tai sykkii noin 30 kertaa sekunnissa n{kyv{{ valoa, radioaaltoja sek{ r|ntgen- ja gammas{teit{. Radiopulssien uskotaan olevan tuloksena py|riv{ll{ t{hdell{ olevan pisteen ja t{hden magneettikent{n v{lisest{ vuorovaikutuksesta. Kun t{hti py|rii, t{m{ piste on teoreettisesti vuoroin Maata kohti ja vuoroin poisp{in Maasta. Pulssien v{lisen ajan merkitsem{ suuri py|rimisnopeus osoittaa, ettei t{hti ole enemp{{ kuin muutaman kilometrin halkaisijaltaan, koska jos se olisi suurempi, se repeytyisi osiin keskipakoisvoimien vaikutuksesta. PULSARIT Radioteleskoopit ovat havainneet suuren m{{r{n muita kohteita jotka l{hett{v{t tasaisen taajuisia radiosignaaleja. Ne on nimetty pulsareiksi. Kuten Kravun T{htisumussa oleva kohteen, niidenkin oletetaan olevan py|rivi{ neutronit{hti{. N{ist{ pulsareista vain Vela-pulsari -- joka saa nimens{ sijainnistaan Velan (Purjeet) t{htikuviossa -- sykkii lyhyemm{ll{ aallonpituudella kuin radio. Kuten Krapu-pulsari, Vela-pulsarikin sykkii n{kyv{ll{ ja gammas{teilyn aallonpituuksilla. Kuitenkin, toisin kuin Krapu-pulsari, se ei ole r|ntgens{depulsari. N{iden erojen muodostaman mysteerin ohella tiedemiehet pohtivat my|s syit{ gamma-, r|ntgen- ja n{kyv{n valon taajuisiin pulsseihin. Kuten aiemmin huomattiin, he ovat yht{ mielt{ radiopulssien alkuper{st{. MUSTAT AUKOT Kun t{hdell{ on kolme auringon massaa tai enemm{n j{ljell{ kulutettuaan loppuun ydinpolttoaineensa, siit{ voi tulla musta aukko. Kuten valkoisella k{{pi|ll{ ja neutronit{hdell{, t{m{n t{hden tiheys ja painovoima kasvavat kutistumisen yhteydess{. Sent{hden t{hden pakonopeus (nopeus joka tarvitaan t{hdelt{ pakenemiseen) kasvaa. Kun t{hti on kutistunut Schwarzschildin s{teelle, joka on nimetty sen miehen mukaan joka ensimm{isen{ laski sen, sen pakonopeus saattaisi olla melkein 300 000 kilometri{ sekunnissa, mik{ on sama kuin valon nopeus. Sent{hden valo ei voisi koskaan l{hte{ t{hdelt{. J{ttil{ist{hden kutistuminen Schwarzshildin s{teelle edustaa uskomatonta massan pakkautumista ja koon pienenemist{. Matemaatikot ovat esimerkiksi laskeneet ett{ 10 auringon massaisen t{hden kulutettua loppuun ydinpolttoaineensa sen Schwarzshildin s{de on noin 30 kilometri{. ---------------------------------------------------------------------- Yleisen Suhteellisuusteorian Lain mukaan avaruus ja aika ovat painovoiman v{{rist{mi{ tai k{yrist{mi{. Aika teoreettisesti OSOITTAA MUSTAAN AUKKOON KAIKISTA SUUNNISTA. L{hte{kseen mustasta aukosta kohteen, jopa valon pit{isi menn{ taaksep{in ajassa. Joten mik{ tahansa joka putoaisi mustaan aukkoon, katoaisi Maailmankaikkeudestamme. ---------------------------------------------------------------------- Schwarzshildin s{teest{ tulee mustan aukon "tapahtumahorisontti", aukon raja jolta ei ole paluuta. Mik{ tahansa joka ylitt{{ tapahtumahorisontin ei koskaan voi l{hte{ mustasta aukosta. Tapahtumahorisontin sis{puolella t{hti jatkaa kutistumistaan kunnes se saavuttaa avaruus-aika -singulariteetin, jota moderni tiede ei helposti pysty m{{rittelem{{n. Se saattaisi olla {{rett|m{n tiheyden tila jossa materia menett{{ kaikki tutut ominaisuutensa. Teoreettisesti t{hdelt{ saattaa kulua alle sekunti mustaksi aukoksi romahtamiseen. Suhteellisuuden vaikutuksesta me emme kuitenkaan pystyisi koskaan n{kem{{n sellaista tapahtumaa. T{m{ johtuu siit{ ett{, kuten osoitettiin vertaamalla avaruusaluksen kelloja Maanpinnalla oleviin kelloihin, painovoima voi hidastaa, ehk{ jopa pys{ytt{{, ajan. Romahtavan t{hden painovoima hidastaisi aikaa niin paljon ett{ n{kisimme t{hden romahtavan katsoimmepa miten kauan tahansa. Heti kun musta aukko on muodostunut, se survoo singulariteettiin mink{ tahansa joka ylitt{{ sen tapahtumahorisontin. Kun musta aukko nielee materiaa, sen tapahtumahorisontti laajenee. T{t{ laajentumista rajoittaa vain materian saatavuus. Uskomattoman valtavat mustat aukot jotka pit{v{t luonaan miljardien aurinkojen massojen murskattuja j{{nn|ksi{ ovat teoreettisesti mahdollisia. Todisteet sellaisten ylitiheiden t{htien kuin valkoisten k{{pi|iden ja neutronit{htien olemassaolosta ovat tukeneet ajatusta ett{ mustia aukkoja, jotka edustavat sit{ mik{ saattaa olla {{rimm{inen tiheys, t{ytyy my|s olla olemassa. Mahdollisia mustia aukkoja, t{hti{ joilla on kolme kertaa Aurinkomme massa tai enemm{n, on taivas t{ynn{. Mutta kuinka astronomit voivat huomata mustan aukon? KUINKA MUSTAT AUKOT VOIDAAN EP[SUORASTI HAVAITA Tiedemiehet l|ysiv{t ep{suorat keinot sen tekemiseen. Menetelm{t koskevat mustia aukkoja jotka ovat kaksoist{htij{rjestelmien j{seni{. Kaksoist{htij{rjestelm{ koostuu kahdesta verrattain l{hekk{isest{ toisiaan kiert{v{st{ t{hdest{. Toisin kuin Aurinkomme, useimmat t{hdet esiintyv{t pareittain. Jos toinen kaksoisj{rjestelm{n t{hdist{ olisi tullut mustaksi aukoksi, aukko ilmaisisi olemassaolonsa, vaikkakin n{kym{tt|m{n{, painovoimavaikutuksillaan toiseen t{hteen. N{m{ vaikutukset olisivat sopusoinnussa Newtonin Lain kanssa: Kahden kappaleen keskin{inen vetovoima on suoraan verrannollinen niiden v{lisen et{isyyden neli||n. Syy on se ett{ tapahtumahorisonttinsa ulkopuolella mustan aukon painovoima on sama kuin muiden kohteiden. Tiedemiehet ovat my|s ratkaisseet ett{ oleellinen osa mustaa aukkoa kiert{v{n materian energiasta muuntuu t|rm{ysten, pakkautumisen ja kuumenemisen vuoksi r|ntgen- ja gammas{teiksi jotka n{kyv{t tiettyin{ spektrin ominaispiirtein{. S{teily on per{isin materiaalista kun se tempautuu aukon tapahtumahorisontin yli, jota sen s{teily ei voi paeta. MADONREI[T Jotkut tiedemiehet spekuloivat ett{ mustaan aukkoon menev{ materia saattaa selviyty{. Erikoisissa olosuhteissa se saattaa joutua k{yt{viin joita kutsutaan "madonrei'iksi" sukeltaakseen esiin toisessa ajassa tai toisessa maailmankaikkeudessa. Mustat aukot temppuilevat teorian mukaan tilan ja ajan kanssa. NASAN OBSERVATORION HAVAINNOT Musta aukko -kandidaatteja -- ilmi|in{ n{kyvi{ musta aukko -efektej{ -- on l|ydetty ja tutkittu sellaisten NASAn satelliittien kautta kuin Small Astronomy Satellites (SAS) ja paljon suuremmat Orbiting Astronomical Observatories (OAO) sek{ High Energy Astronomical Observatories (HEAO). Lupaavin kandidaatti on Cygnus X-1, n{kym{t|n kohde Cygnuksen, Joutsenen t{htikuviossa. Cygnus X-1 tarkoittaa ett{ se on ensimm{inen Cygnuksesta l|ydetty r|ntgens{teilyl{hde. N{kym{tt|m{st{ kohteesta per{isin olevilla r|ntgens{teill{ on samanlaisia ominaispiirteit{ kuin on ennustettu tulevan materiasta kun se putoaa mustaa aukkoa kohti. Materiaali tempautuu ilmeisesti aukon kaksoisseuralaisesta, suuresta, noin 30 auringon massaisesta t{hdest{. Mustan aukon painovoimavaikutuksiin n{kyv{{n t{hteen perustuen aukon massan on arvioitu olevan noin kuusi kertaa Aurinkomme massa. Aikanaan j{ttim{inen n{kyv{ t{hti voisi my|s romahtaa neutronit{hdeksi tai mustaksi aukoksi tai tempautua pala palalta olemassaolevaan mustaan aukkoon laajentaen merkitt{v{sti aukon tapahtumahorisonttia. MUSTAT AUKOT JA GALAKSIT On teoretisoitu ett{ liikkuvat mustat aukot, jotka sis{lt{v{t miljoonien tai miljardien kuolleiden t{htien j{{nn|kset, saattavat sijaita Linnunratamme kaltaisten galaksien keskustoissa ja ett{ valtavat py|riv{t mustat aukot voivat olla kvasaarien ja aktiivisten galaksien voimanl{htein{. Kvasaarien uskotaan olevan varhaisessa v{kivaltaisessa kehitysvaiheessa olevia galakseja kun taas aktiiviset galaksit on pantu merkille niiden tuottamien tavattomien energioiden vuoksi, jotka ovat enimm{kseen per{isin niiden ytimist{. Er{{n Yleisen Suhteellisuusteorian osan mukaan, jota kutsutaan Penrosen Prosessiksi, suurin osa mustia aukkoja kohti putoavasta materiasta kuluu samalla kun j{ljelle j{{nyt osa sinkoutuu ulosp{in suuremmalla energialla kuin alkuper{inen putoava oli. Energiaa antaa aukon uskomattoman nopea py|riminen. Hiljaisten tavallisten galaksien kuten Linnunratamme sanotaan olevan sellaisia vain siksi ettei niiden keskustoissa olevilla mustilla aukoilla ole l{hell{{n materiaalia jota sy|d{. T{m{ tilanne voisi muuttua jonkun t{htiparven mahdollisesti hajaantuessa aukon l{hettyvill{ l{hett{en t{hti{ luisumaan aukkoon. Sellainen tapahtuma voisi saada galaksimme ytimen r{j{ht{m{{n toimintaan, vapauttaen runsain m{{rin voimakasta gammas{teily{ joka viskautuisi galaksimme poikki kuin kuoleman s{de, tuhoten el{m{n Maapallolla ja kaikkialla muualla miss{ sit{ ehk{ oli esiintynyt. MUSTAT AUKOT JA GALAKSIPARVET Jotkut astronomit uskovat ett{ j{ttil{ism{isten mustien aukkojen vetovoimakent{t saattavat pit{{ yhdess{ valtavia galaktisia parvia kuten Virgo-parvea joka koostuu noin 2500 galaksista. T{llaiset parvet muodostuivat Suuren Pamauksen j{lkeen noin 10 - 20 miljardia vuotta sitten. Miksi ne eiv{t levinneet satunnaisesti kun Maailmankaikkeus laajeni, sit{ ei ole ymm{rretty, koska havaittavissa on vain murto-osa massasta joka tarvitaan pit{m{{n ne yhdess{. NASAn Hubble -Avaruuskaukoputki ja AXAF -Teleskooppi tulevat tarjoamaan monin verroin enemm{n tietoa kuin maanp{{lliset observatoriot varusteineen ja vaikuttavat osaltaan t{m{n ja muiden Maailmankaikkeutemme salaisuuksien ratkaisemisessa. MUSTAT AUKOT JA MAAILMANKAIKKEUTEMME Maailmankaikkeutemme on teorian mukaan alkanut pamauksessa joka l{hetti sen palaset ulosp{in kaikkiin suuntiin. T{h{n menness{ astronomit eiv{t ole l|yt{neet tarpeeksi massaa kumoamaan t{m{n laajentumisen. J{ljelle on j{{nyt kuitenkin mahdollisuus, ett{ puuttuva massa saattaa olla suljettuna huomaamattomiin mustiin aukkoihin jotka ovat yleisempi{ kuin kukaan tajuaa. Jos on olemassa tarpeeksi mustia aukkoja kumoamaan maailmankaikkeuden laajenemisen, mit{ sitten? Tulevatko kaikki t{hdet, galaksit ja muu materia maailmankaikkeudessa luhistumaan sis{{np{in kuin t{hti joka on kuluttanut loppuun ydinpolttoaineensa? Syntyyk| yksi laaja musta aukko, jonka sis{ll{ maailmankaikkeus kutistuu {{rimm{iseksi singulariteetiksi? Laskemalla taaksep{in yli 10 miljardia vuotta jotkut kosmologit j{ljitt{v{t nykyisen maailmankaikkeutemme singulariteetiksi. Onko singulariteetti sek{ maailmankaikkeutemme alussa ett{ lopussa? Onko maailmankaikkeutemme vain kehitysvaihe singulariteettien v{lill{? N{m{ kysymykset voivat olla teoreettisempia kuin k{sit{mme. Tiedemiehet sanovat, ett{ jos itse maailmankaikkeus on suljettu eik{ mik{{n voi paeta siit{, saatamme jo olla mustassa aukossa. (NASA) Suomennos: Jarmo J{rvinen