A fekete lyukak a világűr olyan területei, ahol kis tömegben annyi tömeg van, hogy van egy eseményhorizont - egy olyan tértér, ahonnan semmi, még a fény sem tud elmenekülni. Ez azonban nem azt jelenti, hogy fekete lyukak szívják az anyagot. Csak vonzzák. A Forbes tudományos szerkesztő eloszlatja a fekete lyukakról szóló mítoszok egyikét.
A fekete lyukak a világűr olyan területei, ahol annyi tömeg van kis térfogatban, hogy van egy eseményhorizont - egy olyan tértér, ahonnan semmi, még a fény sem menekülhet ki. De ez nem azt jelenti, hogy a fekete lyukak beszívják az anyagot. Csak vonzzák.
A fekete lyukak az univerzum talán legfurcsább és legcsodálatosabb tárgyai. Ott egy hatalmas tömeg koncentrálódik nagyon kicsi térfogatban, és a fekete lyukak óhatatlanul szingularis állapotba omlanak, eseményhorizontok veszik körül, amelyen túl semmi sem mehet át. Ezek a világegyetem legsűrűbb tárgyai. Amikor valami túl közel kerül hozzájuk, a fekete lyuk erői széttépik. Amikor az anyag, az antianyag vagy a sugárzás átlépi az eseményhorizontot, egyszerűen a fekete lyuk közepére esnek, megnagyobbítva és hozzáadva a tömegéhez.
A fekete lyukaknak ezek a tulajdonságai léteznek, és ez mind igaz. De ehhez egy ötlet társul, amely abszolút kitaláció: hogy fekete lyukak szívják magukba a körülöttük lévő anyagot. Ez nagyon messze van az igazságtól, és a gravitáció képének teljes torzulása. A fekete lyukakról a legnagyobb mítosz az, hogy beszívják az anyagot. És itt van a tudományos igazság.
Elvileg és gyakorlati szempontból a fekete lyuk sokféle módon keletkezhet. Egy nagy, hatalmas csillag szupernóvává válhat, amelynek központi magja összeomlik és fekete lyukat képez. Láthatja, hogyan egyesül két neutroncsillag, és ha átlépnek egy bizonyos tömegküszöböt, akkor az eredmény egy új fekete lyuk. Vagy egy hatalmas anyaghalmaz (egy szupermasszív csillag vagy egy óriási felhő a zsugorodó gázban) összeomlik és közvetlenül fekete lyukká alakul.
Ha elegendő tömeg van egy kellően koncentrált tértérben, eseményhorizont képződik körülötte. Az eseményhorizonton kívül eltávolodhatunk tőle, ha fénysebességgel távolodunk el a fekete lyuktól. De ha az eseményhorizonton belül vagyunk, akkor még a fénysebességnél is, amely a kozmikus sebesség határa, a mozgás bármelyik pályája továbbra is a fekete lyuk középpontjához, vagyis a szingularitáshoz vezet. Egyszerűen lehetetlen elmenekülni egy fekete lyuk elől, miközben az esemény horizontján van.
De a fekete lyukon kívül eső tárgyaknak is sok problémája van. A fekete lyukak olyan hatalmasak, hogy ha közelebb kerülünk egyikükhöz, akkor jelentős árapályerőket kezdünk megtapasztalni. Lehet, hogy ismeri ezeket az árapályerőket, ha tudja, mi a hold és hogyan hat egymással a földdel.
Természetesen a Hold és a Föld anyagi pontnak tekinthető, egymástól viszonylag nagy, 380 ezer kilométeres távolságban. De valójában a Föld nem egy pont, hanem egy tárgy, amely egy bizonyos és egészen valós térfogatot foglal el. A Föld egyes területei közelebb vannak a Holdhoz, mint mások. Azok, akik közelebb vannak, az átlagosnál jobban tapasztalják a vonzerőt. A távolabbiak az átlagosnál kisebb gravitációt tapasztalnak.
Promóciós videó:
De a távolság különbségén kívül vannak más jellemzők is. Mint minden fizikai tárgy, a Föld is háromdimenziós. Ez azt jelenti, hogy a Föld „teteje” és „alja” (a Holdról nézve) befelé, középpontja felé húzódik azokhoz a részekhez képest, amelyek középen vannak.
Mindezzel, ha levonjuk a Föld bármely pontján meglévő átlagos erőt, akkor azt látjuk, hogy a felszín különböző pontjai különböző módon vannak kitéve a Hold külső erőinek. Ezen erők vonalai alkotják a tárgyra ható relatív erőket, és megmagyarázzák, hogy az árapályerő hatására lévő tárgyat miért húzzák felé és merőlegesen összenyomják az erő irányára.
Minél közelebb kerülünk egy hatalmas tárgyhoz, annál nagyobbak lesznek az árapályerők. Még gyorsabban nőnek, mint a gravitáció! Mivel a fekete lyukak óriási tömegűek, de nagyon tömörek, létrehozzák az univerzum legerősebb árapályerőit. Emiatt a fekete lyuk felé közeledve egyre jobban kinyújtózkodunk, olyanokká válunk, mint a vékony spagetti.
Ez alapján nagyon könnyű megérteni, miért szívhat be bennünket egy fekete lyuk. Minél jobban közelítünk hozzá, annál erőteljesebbé válik a vonzerő, és az árapály erő egyre inkább elkezd feszíteni és tépni minket.
Téves azonban az a felfogás, hogy fekete lyukba szívhatunk magunkat. Bármely részecske, amely egy fekete lyuk hatása alatt álló tárgyat alkot, továbbra is betartja a fizika jól ismert törvényeit, beleértve a téridő görbületének szabályát az általános relativitáselméletből.
Igen, a tömeg jelenléte miatt a tér szövete meghajlik, és a fekete lyuk a legnagyobb tömegfelhalmozódás az univerzumban. De az is igaz, hogy ennek a tömegnek a sűrűsége semmilyen módon nem befolyásolja a tér görbületét. Ha egy ugyanolyan tömegű fehér törpét, neutroncsillagot vagy fekete lyukat helyettesít a Nap, akkor a gravitációs hatás ereje a Földön nem változik. A körülöttünk lévő teret az össztömeg egésze görbíti, és a sűrűségnek gyakorlatilag semmi köze hozzá.
Távolról egy fekete lyuk olyan, mint bármely más tömeg az univerzumban. De ha a Schwarzschild gömb több sugarának minimális távolságánál közelítünk meg, akkor kezdünk észrevenni a newtoni gravitációtól való eltéréseket. A fekete lyuk azonban továbbra is egyszerűen súlypontként működik, és a hozzá közeledő tárgyak normál pályán keringenek: kör, ellipszis, parabola vagy hiperbola nagyon jó közelítéssel.
Az árapályerők a közeledő tárgyakat megnyújthatják és széteshetnek. Amint az anyag felhalmozódik a fekete lyuk körül, egy akrétkorong formájában, további következmények, például mágneses mezők, súrlódás és hevülés léphetnek fel. Ennek a további hatásnak köszönhetően az anyag egy része lelassul, és elnyeli a fekete lyuk, de a legtöbb mégis kint marad.
Tény, hogy a fekete lyukak nem szívnak be semmit. Minden más hétköznapi tárgynak (holdak, bolygók, csillagok) ugyanazok az erői vannak, mint egy fekete lyuknak. Egyébként mindez csak gravitáció. A legnagyobb különbség az, hogy a fekete lyukak sűrűbbek, mint a legtöbb objektum, a világűrben sokkal kevesebb térfogatot foglalnak el, és sokkal masszívabbak lehetnek, mint bármely más objektum. A Szaturnusz csendesen repül a Nap körüli pályáján, de ha a Tejútrendszer közepén lévő Nap helyett fekete lyukat helyezünk el, amelynek tömege négy milliószorosa a csillagunk tömegének, akkor az árapályerők megtörik a Szaturnuszt, óriási gyűrűvé változtatva, és az akkreditációs lemez szerves részévé válik ugyanaz a fekete lyuk. És ha elegendő súrlódás, fűtés és gyorsulás van az anyag által létrehozott gravitáció jelenlétében,elektromos és mágneses mezők, majd idővel befelé esik és lenyeli.
Csak úgy tűnik, hogy a fekete lyukak elnyelik az anyagot, mert nagyon masszívak, és az árapályerők és a fekete lyuk körül felhalmozódott anyag együtt képes darabokra szakítani a külső tárgyakat, amelyek után egy ilyen tárgy egy része, a húzóerő hatására, az akkumulációs korong belsejében lesz, és idővel és magában a fekete lyukban. De a fekete lyuk nagyon válogatós, és a hozzá közel haladó anyag túlnyomó részét ilyen vagy olyan formában visszaköpik. És csak egy kis töredék esik bele az eseményhorizontba, ami a fekete lyuk fokozatos növekedésére kényszeríti.
Ha az Univerzumban lévő összes tömeget egy fekete lyukkal helyettesítjük a megfelelő tömeggel, majd eltávolítunk mindent, ami súrlódást eredményez, mondjuk, akreciós korongokat, akkor a fekete lyuk nagyon keveset fog szívni. A részecskék csak a gravitációs hullámok sugárzása miatt súrlódnak át, áthaladva a fekete lyuk által létrehozott ívelt téridőn. Einstein elmélete szerint csak az az anyag fog felszívódni, amely egy stabil ciklikus pálya belsejében és annak közepén van. Ez elhanyagolható ahhoz képest, ami fizikai valóságunkban az eseményhorizontba esik.
Ennek eredményeként csak a gravitációs erő és az ívelt téridő áll rendelkezésünkre, amely e tömegek jelenlétéből adódik. Az a gondolat, hogy a fekete lyukak beszívnak valamit, a legnagyobb mítosz. A gravitáció miatt nőnek, és semmi más. De az Univerzumban ez több mint elég.
Ethan Siegel