Referaat: "Must auk" (1)

Jõhvi Gümnaasium
Must auk
Referaat
Koostas: Aleksei Stempen
Juhendas: Õp. Maie Kallik
Aasta 2010
Must auk.
Must auk on iseenda raskuse mõjul kokkuvarisenud täht või täheparv, mis ei kiirga valgust ega raadiolaineid . Kui rõhk tähe sisemuses ei ole võimeline peale tuumkütuse lõppemist tasakaalu hoidma, langeb
täht kokku (kollabeerub). Must auk on raskusjõu poolt kõveraks keeratud lõks maailmaruumis, kus isegi valgus ei suuda väljuda. Et Päike muutuks mustaks auguks, peab ta kokku tõmbama kehaks, mille raadius on 3 km (praegu on 700000 km). Musta augu raadius sõltub tema massist. Mustal augul ei ole magnetvälja ja keegi ei oska öelda, millest ta koosneb. Väljaspoolt on tunda vaid musta augu tohutut raskusjõudu ja pöörlemist.
Kui vastsündinud galaktika keskel moodustub ülitihe täheparv, hakkavad tähed selles kokku põrkama. Põrkunud tähed sulavad kokku üheks uueks täheks. Tekkinud supermassiivne täht põleb kiiresti ära mustaks auguks. Sellesse auku hakkab kukkuma üha uusi tähti. Lõpuks moodustub galaktika keskmes must auk, mille mass on miljoneid või isegi miljardeid Päikese masse . Supermassiivne must auk on võimas kiirgusallikas, kuid ainult nii kaua, kuni tema ümbruses jätkub kütust - tähti. Auku langev täht kiirgab seda heledamalt, mida suurem on musta augu mass. Musta augu ümber moodustub pööraselt pöörlev akretsioonketas, mille sisepiiril läheneb pöörlemiskiirus valguse kiiruseni. Akretsioonikettast vabanev energia sobib hästi seletamaks ka heledate tuumade tekkimist Seyferti galaktikates.
Must auk on ruumipiirkond (objekt), mille gravitatsioon on nii suur, et ei miski , isegi valgus, ei pääse sellest välja. Seda tekitab piisavalt suure massi olemasolu piiratud ruumiosas. Must auk koosneb kahest osast, milleks on singulaarsus ja sündmuste horisont .
Must auk tekib siis, kui mingi väga suur taevakeha , näiteks piisava suurusega täht tekitab oma gravitatsiooni mõjul oma sisemuses nii suure rõhu, et taevakeha paokiirus hakkab lähenema valguse kiirusele . Kuigi neutron - ja kvarkmassi omadused ei ole lõpuni selged, hinnatakse musta augu tekkimiseks vajaliku aine kriitilise massi suuruseks umbes 2 kuni 3 Päikese massi.
Väga suure massiga kehade gravitatsiooniväli muutub tugevamaks, kui seda kompenseerivad teised ainesisesed vastastikmõjud ja keha tõmbub lõpmatult kokku, ehk kollabeerub. Kogu aine, mis musta auku kukub , koguneb ruumipiirkonda mis jääb sissepoole niinimetatud sündmuste horisonti ehk Schwarzschildi raadiust, selle tihedus läheneb lõpmatusele ja seda punkti nimetatakse singulaarusseks.
Kuigi must auk iseenesest ei ole nähtav, siis valguse kiirusele lähedase kiirusega musta auku langev aine tekitab elektromagnetkiirguse voo musta augu piirkonnast ja muudab ta nähtavaks. Kuna must auk on üldjuhul pöörlev objekt, siis lähtuvalt teooriast on musta augu pöörlemistele poolused võimelised mateeriat emiteerima ja sealt lähtuvad teineteisele vastassuundades võimsad kiirgusvood ümbritsevasse ruumi.
Singulaarsust ümbritseb sündmuste horisont. See on musta augu välimine piir, mille ümber aegruum on lõpmatult kõverdunud. Seda välimist piiri tuntakse ka Schwarzschild'i musta auguna, kuna saksa astrofüüsik Karl Schwarzschild arvutas esimest korda välja sündmuste horisondi suuruse. Sama suuruse iseloomustamiseks kasutatakse ka terminit Schwarzschild'i raadius: <
kus G\! on gravitatsioonikonstant , m\! on objekti mass, ja c\! on valguse kiirus. Maa massiga objekti kohta oleks Schwarzschild'i raadius 9 millimeetrit, niisiis nööpnõelapea suurune.
Sündmuste horisondist seespool lakkavad kehtimast meile tuntud loodusseadused. Aeg ja ruum kaotavad mõtte füüsikalises tähenduses ning seal võib esineda kõige kummalisemaid nähtusi. Kaob põhjus-tagajärg printsiip ja valitseb nn. kvantgravitatsioon. Teoreetilise füüsika uuringud, mis selle valdkonnaga tegelevad, on praegu alles lapsekingades.
Tänapäeva üks kuulsamaid füüsikuid Stephen William Hawking näitas teoreetiliselt, et mustad augud "auravad". Seda tuntakse Hawkingi kiirgusena. Hawkingi kiirguse käigus tekivad musta augu energiast põhjustatult osakeste paarid, millest üks langeb tagasi musta auku, aga teine osake kiirgub eemale.
On avaldatud ka arvamust, et must auk on värav, mille kaudu on võimalik saada mõnda teise dimensiooni. Samuti on arvatud, et mustad augud on nn. "ussiurgete" sisse- või väljapääsud. Need hüpoteesid on ilmselt tingitud sellest, et mustade aukude kohta on tänapäevalgi vähe teada.
Musta augu läbilõige
Gravitatsioonilise läätse nähtus moonutab tausta (Suur Magellani Pilv) musta augu ümbruses. Seni pole astronoomidel õnnestunud saada ülesvõtet, kus oleks gravitatsiooniline lääts nii ilmekalt näha.
Must auk on raske, kuid kui raske see ikkagi on?
Siiani on hinnatud nende sõna otseses mõttes ligitõmbavate kosmiliste objektide massi kaudselt. Selle järgi, kui palju säherdune nähtamatu moodustis tähe võbisema paneb. Kuid need hinnangud on üsna ligikaudsed.
Nüüd on NASA teadlased mõõtnud ühe musta augu massi teisel meetodil. Nimelt selle järgi, kui palju ainet musta augu lähedasest tähest musta augu poole tõmmatakse. Musta auku kukkuv aine koondub väikesesse ruumalasse kokku ja seega siis ostsilleerub, tekitades röntgenkiirte impulsse. Nende kiirus aga iseloomustab musta augu massi.
Kasutades NASA satelliiti, mis mõõdab röntgenkiirgust, leiti, et tähe Cygnus X-1 läheduses olev must auk on 8,7 korda meie Päikesest massiivsem. Tulemusel on kümme korda pisem viga kui eelneva meetodi abil saadul.
Mustad augud võivad olla väravad teistesse universumitesse?
Füüsikud Thibault Damour ja Sergei Soloduhhin väidavad, et mustade aukudena tuntud kosmilised objektid võivad enesest tegelikult kujutada väravaid teistesse universumitesse ehk nõndanimetatud kosmilisi ussiauke.
Must auk kujutab enesest sedavõrd tugeva gravitatsiooniväljaga objekti, et selle haardest ei suuda põgeneda isegi mitte valgus ning üldtunnustatud teooria kohaselt peaksid mustad augud tekkima alati, kui ainet surutakse piisavalt tugevasti kokku.
Kuigi musti auke ei ole kunagi nähtud, on astronoomid siiski identifitseerinud palju selliseid objekte ja teinud seda jälgides nende ümber pöörleva aine liikumise eripära.
Damour ja Soloduhhin väidavad aga nüüd, et sellised struktuurid võivad tegelikult sama hästi olla hoopis kosmilised ussiaugud , mis kujutavad enesest mullistusi aegruumis ning ühendavad seeläbi erinevaid universume.
Kui sa kujutad universumit ette kahemõõtmelise lehena, siis oleks ussiauk justkui toru, mis ühendab kahte erinevat lehte ehk siis kahte erinevat universumit kõigi oma lugematute tähtede, planeetide ja galaktikatega.
Füüsikutepaar võttis eesmärgiks selgitada välja, millised peaksid sellised kosmilised ussiaugud välja nägema ja avastasid oma üllatuseks, et nende omadused meenutaksid peaaegu üks-üheselt musti auke.
Teadurite kinnitusel pöörleks aine ümber ussiaugu samal moel, kui seda jälgitakse pöörlemas ümber mustade aukude, kuna mõlemad objektid moonutavad ruumi enese ümber samamoodi.
Kuigi esmapilgul võiks arvata, et ussiaugu ning musta augu vahel võiks vahet teha vaid mustale augule omase hawkingi kiirguse põhjal, on see kiirgus siiski paraku sedavõrd nõrk ja sisuliselt jäädvustamatu, et praktikas ei saaks sellist tuvastusmeetodit kasutada.
Üheks erinevuseks võiks olla tõik, et kui universumitevahelised väravad peaksid olema kahepoolse liikumisega, siis mustast august ei tohiks põhimõtteliselt enam mitte miski välja pääseda.
Kuigi üks ussiaukude tüüp peaks teadlaste sõnul aine teise universumi asemel hoopis "tunneli" algusesse tagasi toimetama , ei ole sest antud küsimuses siiski eriti abi, sest olenevalt ussiaugu täpsest kujust võib aine väljailmumiseni pärast selle sisenemist kuluda miljardeid aastaid või veelgi enam.
Seega oleks ainus võimalus antud küsimusele kindel vastus leida võtta ette reis musta augu sisemusse .
Loomulikult oleks see äärmiselt ohtlik ettevõtmine, sest kui tegemist ikkagi on musta auguga, kisuks selle tohutu gravitatsiooniväli laiali iga viimsegi aatomi su kehas ja isegi kui objekt osutub ussiauguks, võivad selle sees valitsevad jõud olla inimesele surmavad.
Kui ruumirändur jääks siiski ellu ning ussiauk ei osutuks sümmeetriliseks, võiks ta end mõne aja möödudes avastada teises universumis.
Paraku ei saaks ta selle ilu eriti kaua imetleda, sest ussiauk imeks ta kohe uuesti sisse ning kannaks koduuniversumisse tagasi.
Damour rääkis, et hulljulgete katsetajate kosmoselaev jääks seega kahe universumi vahel pendeldama, ent põhimõtteliselt on võimalik, et võimsate mootorite abiga õnnestub universumitevahelise tunneli tõmbejõust vabaneda ja uurimisretkele asuda .
Füüsikud tunnistavad, et selliste ussiaukude abil teise universumiga ühenduse pidamine ei ole praktilise väärtusega tegevus, sest teele lähetatute naasmist tuleks oodata miljoneid või miljardeid aastaid.
Samas tuleb aga silmas pidada, et mida väiksem on ussiauk, seda lühem peaks teoreetiliselt olema ka ülekandeaeg ning kui õnnestuks avastada või luua mikroskoopilisi kahe universumi vahelisi väravaid, kuluks info saatmiseks ühest universumist teise parimal juhul vaid loetud sekundid .
Oregoni ülikoolis mustade aukude moodustumist ja kosmiliste ussiaukude omadusi uuriv Stephen Hsu möönis, et vähemalt tänapäeva tehnikataseme juures on mainitud kahte tüüpi objektil praktiliselt võimatu vahet teha.
Samas avaldas ta arvamust, et kõnealused objektid kujutavad enesest siiski just musti auke, sest nende moodustumise kohta on olemas tõsiseltvõetavad teooriad, samas kui kahe universumi vahelise tunneli tekke usutavaid stsenaariume ei ole seni suudetud luua.
Ta lisas, et ussiaugud vajaksid ka oma stabiliseerimiseks hüpoteetilist eksootilist ainet, mille olemasolus on põhjust sügavalt kahelda.
Ent Soloduhhini arvates võib kosmiline ussiauk tekkida sarnaselt mustale augule näiteks oma eluea lõpuni jõudnud tähe kokkulangemise tagajärjel.
Ta märkis, et kui mustad augud osutuvad tegelikult ussiaukudeks, lahendab see nõndanimetatud musta augu informatsiooniparadoksi , mis näeb ette, et ainus viis, kuidas miski saab mustast august väljuda, on teha seda hawkingi kiirguse näol, ent samas pole selge, mil moel kannab kiirgus eneses informatsiooni esmase "alla neelatud" objekti kvantoleku kohta.
Paradoks seisneb tõigas, et kvantmehhaanika seaduste kohaselt ei ole selline infokadu mingil juhul võimalik võimalik.
Kasutatud allikad
http://et.wikipedia.org/wiki/Must_auk
http://www.hot.ee/tahistaeva/Mustad%20augud.ht m
http://www.teadus.ee/?p=1831