Siirry pääsisältöön
Facebook Twitter LinkedIn Email
15.7.2022

Miten musta aukko syntyy? Entä miten singulariteetti syntyy?

Astrofysiikan professori Peter Johansson, Helsingin yliopisto:

Kun riittävän paljon ainetta puristuu riittävän pieneen tilaan, tuloksena on periaatteessa aina musta aukko. Jos esimerkiksi maapallo saataisiin jollakin keinolla kutistettua maapähkinän kokoon, siitä tulisi musta aukko. Käytännössä se ei ole mahdollista. Vain suurista tähdistä syntyy mustia aukkoja, koska niillä on riittävästi massaa. 

Tähdet ovat hydrostaattisessa tasapainossa eli painovoima vetää tähtiä kasaan, kun taas kaasun terminen paine pyrkii laajentamaan niitä. Terminen paine on seurausta tähden energiantuotosta, jossa vety fuusioituu heliumiksi vapauttaen energiaa Einsteinin kuuluisan E=mc² -kaavan mukaisesti.

Kun vety aikoinaan loppuu, fuusio alkaa edetä kohti raskaampia alkuaineita, kunnes tähdestä on jäljellä vain raskas rautaydin. Tätä rautaydintä ympäröivät kevyempien alkuaineiden kerrokset ja tähdellä on tässä vaiheessa kuorimainen rakenne, jossa eri alkuaineita fuusioidaan eri kuorissa.

Raudassa on eniten sidosenergiaa nukleonia kohden kaikista alkuaineista maailmankaikkeudessa. Sen fuusio vaatii enemmän energiaa kuin mitä se tuottaa. Niinpä raudan fuusioituessa tähti alkaa menettää energiaa. Tämä rikkoo vallinneen staattisen tasapainon. Kuoleva tähti ei pysty enää vastustamaan painovoimaa, vaan lopulta romahtaa kokoon. Jos sen ydin on riittävän massiivinen, vähintään noin 3–20 Auringon massaa, ytimestä voi puristua musta aukko. Muut osat räjähtävät avaruuteen supernovana.

Edellä kuvattujen tähdenmassaisten mustien aukkojen lisäksi maailmankaikkeudessa on muitakin mustia aukkoja, mutta niiden syntyprosessia ei juurikaan tunneta.

Jokaisen massiivisen galaksin ytimessä on supermassiivinen musta aukko. Niiden massat ovat valtavia, noin 4 miljoonan Auringon massasta jopa yli 10 miljardin Auringon massaan. On todennäköistä, että ne ovat syntyneet eri tavalla kuin tähdenmassaiset mustat aukot.

Suurin mysteeri ovat keskikokoiset mustat aukot, joilla on noin 10 000 Auringon massa. Niitä pitäisi olla maailmankaikkeudessa, mutta niistä ei ole juuri mitään havaintoja.

Mustien aukkojen olemassaolo on fakta, sillä pystymme tekemään niistä varmoja havaintoja. Sen sijaan singulariteetti on Einsteinin suhteellisuusteorian mukainen ennustus siitä, mitä mustan aukon keskellä on.  Sitä on mahdoton todentaa havaitsemalla, sillä se on piilossa mustan aukon tapahtumahorisontin takana näkymättömissä.

Suhteellisuusteorian mukaan singulariteetti syntyy, kun musta aukko syntyy. Singulariteetti tarkoittaa mustan aukon keskelle muodostunutta pistettä, jolla ei ole lainkaan tilavuutta, mutta joka syö kaiken mustan aukon massan. Sen tiheys on ääretön, koska massa jaettuna nollalla on ääretön.

Suhteellisuusteoria on vielä toistaiseksi paras teoria mustista aukoista. Se on klassinen teoria, joka ei ota huomioon kvanttimekaniikkaa. Jos suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka pystytään tulevaisuudessa yhdistämään kvanttigravitaatioteoriaksi, saamme luultavasti paremman selityksen. Nimittäin yleensä, kun jokin asia (esimerkiksi singulariteetti), on teoriassa ääretön, teoria ei luultavasti pidä tältä osin paikkaansa.

 

Viimeksi muokattu 15.7.2022

mustaaukko200.png

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:
 
Facebook logo  Twitter logo  Youtube logo

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Suomen Akatemian logo

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi

SAAVUTETTAVUUS