Vuoden 2019 suurimmat mustien aukkojen löydöt

Mustat aukot ovat pimeitä täpliä aika-avaruuden kudoksessa, uskomattoman tiheitä singulariteetteja, joiden painovoima on niin voimakas, ettei mikään voi paeta niiden kynsistä. Ne viettävät aikansa tekemällä yhtä asiaa: ahmimalla materiaa. Jos pääset tarpeeksi lähelle mustaa aukkoa, olet kosmista spagettia, joka venytetään palasiksi, imetään sisäänpäin, eikä koskaan palaa takaisin. Yksinkertaista ja suoraviivaista, eikö?

Mutta kuten käy ilmi, mustat aukot ovat muutakin kuin kosmisia imureita. Vuonna 2019 fyysikot kurkistivat pohjattomaan pimeyteen ja ottivat kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan mustasta aukosta. He saivat myös tietää lisää siitä, miten nämä oudot ja kyltymättömät pedot toimivat. Niiden taipumuksesta saada ja menettää hiuksia, niiden salaperäisistä sisuksista ja siitä, mihin ne voivat johtaa, tässä on 14 uutta asiaa, joita opimme mustista aukoista vuonna 2019.

Suhteessa: 9 Ideas About Black Holes That Will Blow Your Mind

Unohtumaton kuva

Vuosien odotuksen jälkeen se oli täällä! Tutkijat ottivat vuonna 2019 aivan unohtumattoman kuvan mustasta aukosta M87, joka sijaitsee Neitsyt A -galaksin sydämessä, noin 53 miljoonan valovuoden päässä. Kaikkien aikojen ensimmäinen lähikuva singulariteetista, jonka nappasi ympäri maailmaa sijaitsevien teleskooppien verkosto, joka tunnetaan nimellä Event Horizon Telescope, näyttää rakeiselta, pieneltä pisteeltä, jota ympäröi sumea oranssi rengas. Mutta tuo pieni, pikselimäinen kuva on itse asiassa musta aukko, joka on yhtä suuri kuin aurinkokuntamme ja 6,5 miljardia kertaa aurinkomme massa.

Sen mustaa sydäntä ympäröivä tulinen oranssi hehku rajaa sen tapahtumahorisontin, aineesta muodostuvan renkaan, joka kiertyy mustan aukon ympärille juuri ennen sen sisään putoamista. Kun se hankaa toista ainetta vastaan suurella nopeudella, se tuottaa energiaa ja hehkuu muodostaen akkrektiokiekon – siksi oranssi rengas.

Mustat aukot kasvattavat hiuksia, sitten taas kaljuuntuvat

Tänä vuonna saimme tietää, että mustilla aukoilla on kyllä hiuksia, mutta suurimman osan ajasta ne ovat kaljuja kuin keilapallot. Mitä se tarkalleen ottaen tarkoittaa? Historiallisesti fyysikot uskoivat singulariteettien olevan kaljuja eli piirteettömiä, eli niillä oli vain kolme ominaisuutta: massa, kulmavoima ja sähkövaraus. Kaikki, mitä nuo taivaalliset Pac-Manit söivät elämänsä aikana, oli lukittu tapahtumahorisontin taakse, eikä mustan aukon ruokailutottumuksista voitu saada tietoa myöhemmin.

Mutta vuonna 2016 edesmennyt fyysikko Stephen Hawking julkaisi yhdessä muiden kanssa artikkelin, jossa hän ehdotti, että mustilla aukoilla on ”hiuksia” eli erityispiirteitä. Nämä karvat olivat hienovaraisia siirtymiä tapahtumahorisontissa sekä Cauchyn horisontissa – pisteessä, jossa syy ja seuraus kääntyvät – jotka tekisivät mustista aukoista toisistaan erottuvia. Ainakin, kuten vuonna 2018 julkaistussa tutkimuksessa väitettiin, näin oli niin sanotuissa ”äärimmäisissä” mustissa aukoissa eli sellaisissa, joissa sähkövaraus on maksimissaan. Aiemmin tänä vuonna fyysikot havaitsivat, että myös ei-niin-extremeillä – sellaisilla, jotka pyörivät lähes maksiminopeudella, mutta joilla ei ole varausta, tai sellaisilla, joilla on maksimaalinen mahdollinen varaus, mutta joilla ei ole pyörimistä – saattaa olla myös hiuksia.

Mutta kuten kävi ilmi, mustat aukot versovat ohimenevästi muutaman tupsun tuuheita ”hiuksia”, jotka kaikki ne lopulta menettävät, kertoi Live Science tuolloin.

Juuri nyt kysymys siitä, muistuttavatko mustat aukot enemmän Mr. T:tä vai Heather Locklearia, on puhdasta spekulaatiota. Maailman suurin gravitaatioaaltodetektori saattaa kuitenkin asiantuntijoiden mukaan pian löytää todisteita, jotka tukevat jompaa kumpaa teoriaa, sanovat asiantuntijat.

Mahdottoman suuri musta aukko

Marraskuussa tiedemiehet kertoivat löytäneensä 15 000 valovuoden päässä sijaitsevan mustan aukon, joka oli niin massiivinen, että sitä ei pitäisi olla olemassa. He arvelivat sen olemassaoloa havaittuaan noin kahdeksan kertaa aurinkoamme massiivisemman tähden, joka näytti kiertävän pimeän, tyhjän avaruuden aluetta. Sen perusteella, miten paljon tähti heilui, he laskivat, että tähti todennäköisesti kiersi mustaa aukkoa, jonka massa oli 70 kertaa suurempi kuin aurinkomme. Aiemmin tutkijat luulivat, että tähtimäisten mustien aukkojen eli niiden, jotka muodostuvat massiivisen tähden romahdettua, massa voi olla enintään 30 kertaa suurempi kuin aurinkomme massa – ainakin galakseissa, joiden kemiallinen koostumus on samankaltainen kuin meidän galaksimme.

”Tämä löytö pakottaa meidät tarkastelemaan uudelleen mallejamme siitä, miten tähtipainotteiset mustat aukot muodostuvat”, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -observatorion (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) johtaja ja Floridan yliopiston professori David Reitze, joka ei osallistunut tutkimukseen, sanoi tuolloin lausunnossaan.

Tästä mahdottomasta mustasta aukosta…

Löydökset, jotka näyttävät uhmaavan fysiikan lakeja, eivät valitettavasti useimmiten pidä paikkaansa. Se mahdottoman suureksi kasvanut musta aukko oli luultavasti sittenkin mahdoton, kertoo pari joulukuussa arXiv-tietokantaan julkaistua artikkelia.

Mahdottoman suuri musta aukko oli luultavasti vain tavallisen kokoinen musta aukko, ja alun perin lukuja murskannut tutkimusryhmä yksinkertaisesti erehtyi tulkitsemaan mustan aukon ja tähden kaksoissysteemistä tulleita valonsäteitä. Sekoittamalla seurantatähden valon ja mustan aukon akkrektiokiekosta eli sen suuaukkoa kiertävästä aineesta koostuvasta renkaasta peräisin olevat heikot päästöt tutkijat olivat yliarvioineet mustan aukon massan ainakin kaksinkertaiseksi, todettiin arXiv-sivustolle julkaistuissa tutkimuksissa.

Mustat aukot galaktisen elämän antajina

Mustat aukot ovat maailmankaikkeuden eeppisen tarinan superroistoja. Ne tappavat umpimähkään. Eikä mikään ulottuvilla oleva ole niiltä turvassa.

Mutta näissä kivikasvoisissa kosmisissa tappajissa voi olla muutakin. Mustat aukot saattavat itse asiassa olla galaksien elämän moottoreita. Marraskuisen tutkimuksen mukaan mustat aukot lähettävät syömisvimmaansa myös polttavan kuumia, turbulentteja kaasukuplia kosmoksen halki. Tuo kuuma plasma saattaa pitää hengissä galakseja, jotka muuten jäähtyisivät ja kuolisivat, todettiin tutkimuksessa. Toukokuussa julkaistussa toisessa tutkimuksessa todettiin, että mustien aukkojen lähettämä säteily voisi antaa voimaa muukalaiselle elämälle – kunhan se on Goldilocks-vyöhykkeellä, joka ei ole liian kaukana eikä liian lähellä galaksin keskustaa. Kun nämä mustat aukot ruokkivat itseään, niiden säteily ja valo voivat voimistaa fotosynteesiä ja helpottaa elämän biomolekulaaristen rakennuspalikoiden muodostumista, tuossa tutkimuksessa todettiin.

Mustat aukot eivät ehkä olekaan mustia aukkoja

Vai kenties mustat aukot on vain ymmärretty väärin. Todella väärinymmärrettyjä. Villi teoria, jonka matemaatikko ja fyysikko esittivät tänä kesänä, viittaa siihen, että mustia aukkoja sellaisena kuin me ne tunnemme, ei ehkä olekaan olemassa.

Einsteinin mukaan mustat aukot ovat äärettömän pieniä, äärettömän tiheitä pilkkuja, joita kutsutaan singulariteeteiksi, joissa yleisen suhteellisuusteorian matematiikka hajoaa. Mutta uuden tutkimuksen mukaan yleisessä matemaattisessa yksinkertaistuksessa, jota käytetään suhteellisuusteorian analysoinnissa, saattaa olla virhe. Sen seurauksena mustat aukot eivät ehkä olekaan singulariteetteja. Sen sijaan ne voivat olla pimeällä energialla täytettyjä avaruuden taskuja. Tämä voisi selittää joitakin yllättäviä havaintoja maailman suurimmasta gravitaatioaaltojen metsästäjästä.

Mini-mustia aukkoja on olemassa

Mustat aukot voivat toki olla suuria, mutta voivatko ne olla pieniä? On käynyt ilmi, että pikkuisia mustia aukkoja, jotka ovat noin puolet tunnettuja mustia aukkoja pienempiä, voisi olla olemassa avaruudessa. Useimmat tavanomaisen massan mustat aukot ovat noin 5-6 kertaa aurinkomme massan suuruisia.

Marraskuussa noin 10 000 valovuoden päässä sijaitsevan Linnunradan reunamilla kurkistelevat tähtitieteilijät löysivät heikkoja todisteita mustasta aukosta, joka on noin 3,3 kertaa Aurinkoa massiivisempi. Se on aivan liian suuri neutronitähdeksi, mutta pienempi kuin mikään tunnettu musta aukko. Tällaisia mustia aukkoja on ennustettu, mutta niitä ei ole koskaan aiemmin havaittu.

Milky Wayn mustalla aukolla on leimahdus

Kotigalaksimme supermassiivinen musta aukko puuhailee Linnunradasta puhuttaessa jotakin hyvin outoa. Normaalisti mustan aukon akkrektiokiekko hehkuu enemmän, kun se on aktiivisempi, koska enemmän ainetta hankautuu yhteen ja aiheuttaa kitkaa. Toukokuussa kaikki oli rauhallista Linnunradan keskeisen mustan aukon, Sagittarius A*:n kohdalla.

Silloin tähtitieteilijät huomasivat oudon leimahduksen, jossa musta aukko hehkui kirkkaimmin kuin tähtitieteilijät olivat koskaan nähneet, ainakin infrapunaspektrissä.

Ei ole selvää, mistä tuo outo leimahdus johtui, mutta tutkijat arvelevat, että leimahdus aiheutui, kun pölyinen kohde tai tähti joutui lähelle Sagittarius A*:ta.

Suurimmat mustat aukot syntyivät hetkessä

Jousimies A*:n kaltaiset massiiviset taivaankappaleet näyttävät siltä, että niiden muodostumiseen olisi pitänyt kulua ikuisuus, mutta on käynyt ilmi, että maailmankaikkeuden suurimmat mustat aukot ovat todennäköisesti muodostuneet kosmisesti katsottuna silmänräpäyksessä.

Kesäkuussa julkaistussa tutkimuksessa esitettiin, että supermassiiviset mustat aukot ovat voineet muodostua maailmankaikkeuden historian ensimmäisten 800 miljoonan vuoden aikana – ja siihen olisi tarvittu vain suuri kaasupilvi. Kun kaasupilvet kasaantuivat ja sitoutuivat painovoimaisesti, ne olisivat romahtaneet oman painonsa alla muodostaen pienen mustan aukon ilman, että tähden olisi tarvinnut tehdä supernova. Nämä niin sanotut ”suoran luhistumisen mustat aukot” olisivat sitten jatkaneet aineen imuroimista huimaa vauhtia ja kasvaneet 10 000-kertaisiksi vain 150 miljoonan vuoden aikana.

Tässä vaiheessa ne vain pysähtyivät – jättäen jälkeensä supermassiiviset mustat aukot, jotka täplittävät maailmankaikkeuttamme nykyään.

UFO:t lentävät ulos mustista aukoista

Mitähän oudompaa on kuin musta aukko? Ufo, joka lentää ulos sellaisesta. Tässä tapauksessa UFO tarkoittaa kuitenkin ultranopeaa ulosvirtausta, ja se on kuuma tuuli, joka näyttää virtaavan ulos mustan aukon akkrektiokiekosta.

Elokuussa julkaistussa tutkimuksessa todettiin, että nämä UFOt saattavat selittää, miksi galaksien sydämen läheisyydessä oleva tila on suhteellisen aineeton. Galaksien keskuksissa sijaitsevien supermassiivisten mustien aukkojen ufot saattavat toimia kuin lumilapiot, jotka työntävät kaiken ylimääräisen materian mustan aukon välittömässä läheisyydessä kauemmas sen reuna-alueelta, tutkimuksessa todettiin.

Planeetta 9 saattaa itse asiassa olla musta aukko

Tunnistamattomista kohteista puheen ollen, aurinkokunnassamme sijaitseva mystinen taivaankappale, joka tunnetaan nimellä Planeetta 9, saattaa itse asiassa olla greippikokoinen musta aukko.

Kauempana Neptunuksen takana on outoja kohteita, jotka käyttäytyvät ikään kuin niitä ohjaisi jonkin näkymättömän läheisen kohteen painovoima. Ne kiertävät kauempana kahdeksasta muusta planeetasta ja näyttävät olevan suunnattu eri tasolle.

Jotkut teoreetikot ovat tehneet laskelmia ja päätelleet, että tuolla ulkona on planeetta – jolla on omituinen kiertorata – joka on noin 10-20 kertaa Maan massainen. Mutta lokakuussa julkaistussa tutkimuksessa muut tiedemiehet, jotka olivat tehneet erillisiä laskutoimituksia, totesivat, että pieni alkukantainen musta aukko, joka on suunnilleen greippikokoinen, voisi myös selittää näiden Neptunuksen ulkopuolisten kohteiden oudon käyttäytymisen.

Viestien lähettäminen mustan aukon läpi saisi sen höyrystymään

Mustat reiät saattaisivat olla madonreikiä toiseen universumiin. Mutta älkää viitsikö yrittää lähettää madonreiän kautta viestiä jollekulle tuossa vieraassa universumissa.

Elokuussa tutkijat havaitsivat, että pienenkin viestin lähettäminen mustan aukon läpi muuttaisi mustaa aukkoa, jolloin se haihtuisi. Ensimmäinen madonreiän läpi lähetettävä viesti kutistaisi vastaanottavaa mustaa aukkoa 30 %, ja jokainen seuraava viesti kutistaisi mustaa aukkoa entisestään – samalla kun se kuljetti yhä vähemmän tietoa. Vain muutaman lähetyksen jälkeen viesti ei kantaisi enää mitään informaatiota ja vastaanottava musta aukko katoaisi.

Alienit voisivat ampua laserilla mustia aukkoja

Pew! Pew! Pew! Mustat aukot eivät ehkä vain ruoki elämää avaruusmaailmoissa, vaan niiden avulla avaruusolennot voivat myös navigoida galaksissa. Ampumalla lasereita mustiin aukkoihin kehittyneet avaruusolennot voisivat bumerangata fotoneja eli valohiukkasia mustia aukkoja ympäröivien painovoimakaivojen ympäri. Nämä fotonit kiertäisivät ympyrää ja palaisivat vastaanottajaan, mutta samalla ne imisivät osan mustan aukon vauhdista ja muuttaisivat sen energiaksi. Kun fotoni palaisi takaisin, avaruusolennot voisivat muuntaa tuon energian vauhdiksi, joka antaisi voimaa heidän liikkumiseensa galaksin läpi, ja prosessi voitaisiin toistaa yhä uudelleen ja uudelleen.

Me voimme ehkä pelastaa sinut mustasta aukosta

Mustan aukon tapahtumahorisontin ohi zoomatessasi aika hidastuu, venytät itseäsi kuin spagetti ja revitään kappaleiksi, eikö niin? Ei niin nopeasti. Saattaa olla keino pelastaa ihmiset näistä taivaallisista kuolemanloukuista, ainakin erään spekulatiivisen uuden teorian mukaan.

Tämän teorian mukaan voi olla keino kietoa kaksi mustaa aukkoa yhteen. (Kvanttikietoutuminen on outo, tyypillisesti vain pienissä subatomisissa mittakaavoissa nähtävä ilmiö, jossa kaksi hiukkasta tai esinettä ovat erottamattomasti yhteydessä toisiinsa valtavien etäisyyksien yli). Kukaan ei ole koskaan onnistunut kietomaan toisiinsa paljain silmin näkyviä kohteita, mutta jos olisi olemassa keino kietoa toisiinsa kaksi niinkin massiivista kohdetta kuin mustat aukot, niiden avulla voisi olla mahdollista teleportata hetkessä kahden paikan välillä. Jos siis putoaisit vahingossa mustaan aukkoon, saattaisit päästä sieltä pois – tosin toiseen aikaan ja toiseen paikkaan.

Pyörivät mustat aukot voisivat mahdollistaa hellävaraisen hypersonisen matkustamisen

Kiinnittäkää turvavyöt, laittakaa melua vaimentavat kuulokkeet päähänne ja rentoutukaa – hyppäätte kohta pyörivään mustaan aukkoon. Toki on hyvin suuri mahdollisuus, että sinut revitään kappaleiksi eikä sinua nähdä enää koskaan, mutta ainakin jotkut fyysikot uskovat, että pyörivään mustaan aukkoon astuminen voi olla aivan erilainen kokemus. Itse asiassa pyörivät mustat aukot saattavat olla pikemminkin lempeät aikaportaalit.

Oletetaan, että madonreiät ovat olemassa ja että mustat aukot ovat tie niihin. Tietyntyyppiset supermassiiviset mustat aukot, kuten galaksimme sydämessä oleva lempeä jättiläinen, eivät pyöri kovin paljon. Uusien laskelmien mukaan tällaiseen mustaan aukkoon matkustaminen ei olisi edes kuoppaista, koska sen hidas pyöriminen merkitsisi mitättömän pientä kutistumista ja venymistä, ja se olisi hyvin lähellä rasituksia, joita avaruusalus voisi kestää.

• Mitä tuo on? Fysiikan kysymyksiisi vastataan
• Kosmoksen 12 oudointa kohdetta
• Kosmiset ennätykset: The 12 Biggest Objects in Universe

Originally published on Live Science.