paljon massaa niin pienessä tilavuudessa, että on olemassa tapahtumahorisontti: alue, josta mikään, ei edes valo, voi paeta. Tämä ei kuitenkaan välttämättä tarkoita sitä, että mustat aukot imisivät ainetta sisäänsä; ne yksinkertaisesti gravitoituvat. J. Wise/Georgia Institute of Technology ja J. Regan/Dublin City University

mustat aukot ovat maailmankaikkeuden kummallisimpia ja ihmeellisimpiä kohteita. Kun valtava määrä massaa keskittyy äärimmäisen pieneen tilavuuteen, ne väistämättä romahtavat singulariteetteihin, joita ympäröivät tapahtumahorisontit, joista mikään ei voi paeta. Nämä ovat maailmankaikkeuden tiheimpiä kappaleita. Aina kun jokin tulee liian lähelle yhtä, mustan aukon voimat repivät sen kappaleiksi.; kun jokin aine, antimateria tai säteily ylittää tapahtumahorisontin, se yksinkertaisesti putoaa keskeiseen singulariteettiin, mikä kasvattaa mustaa aukkoa ja lisää sen massaa.

nämä mustien aukkojen ominaisuudet ovat kaikki tosia. Mutta siihen liittyy ajatus, joka on täyttä fiktiota: mustat aukot imevät ympäröivää ainetta itseensä. Tämä ei voisi olla kauempana totuudesta, ja antaa täysin väärän kuvan siitä, miten painovoima toimii. Suurin myytti mustista aukoista on, että ne ovat syvältä. Tässä on tieteellinen totuus.

jolla on tapahtumahorisontti,josta mikään ei voi paeta, ja kannibalisoida naapureitaan. Mutta ei ole mitään’ imemistä’, joka aiheuttaisi sen, vain aineen hajoamista ja satunnaista aineellisen tulemista. Röntgen: NASA / CXC/UNH / D. Lin et al, optinen: CFHT, kuvitus: NASA/CXC/M. Weiss

sekä periaatteessa että käytännössä on monia erilaisia tapoja muodostaa musta aukko. Voi olla suuri, massiivinen tähti mennä supernova, jossa keskusydin luhistuu ja muodostaa mustan aukon. Kaksi neutronitähteä yhdistyy. jos ne ylittävät tietyn massakynnyksen, syntyy uusi musta aukko. Tai sitten suuri ainekokoelma-supermassiivinen tähti tai valtava kaasupilvi — voi romahtaa suoraan mustaan aukkoon.

kun tarpeeksi massaa on tarpeeksi keskittyneessä avaruustilavuudessa, sen ympärille muodostuu tapahtumahorisontti. Tapahtumahorisontin ulkopuolelta voi vielä paeta, jos liikkuu poispäin mustasta aukosta valonnopeudella. Mutta jos olisit tapahtumahorisontin sisällä, – liikkuisit jopa C: ssä, äärimmäisessä kosmisessa nopeusrajoituksessa, – mikä tahansa polku, jonka voit valita, johtaisi sinut kohti keskeistä singulariteettia. Mustan aukon tapahtumahorisontista ei pääse pakoon.

kaikki tapahtumahorisontin sisällä rapisee singulariteettiin, joka on korkeintaan yksiulotteinen. Mitkään kolmiulotteiset rakenteet eivät säily ehjinä. Kysy Van / UIUC: n fysiikan laitokselta

mustan aukon ulkopuolisista kohteista, mutta ongelmia riittää edelleen. Koska mustat aukot ovat niin massiivisia kohteita, kun pääsee sellaisen lähelle, alkaa kokea merkittäviä vuorovesivoimia. Saatat tuntea parhaiten Kuun vuorovesivoimat ja sen vuorovaikutuksen maan kanssa.

Toki keskimäärin voidaan käsitellä kuuta pistemassana ja maata pistemassana, jonka erottaa toisistaan suhteellisen suuri etäisyys, noin 380 000 kilometriä. Mutta todellisuudessa, maa ei ole piste, vaan esine, jolla on todellinen, annettu tilavuus. Osa maasta tulee olemaan lähempänä kuuta kuin toiset, osa kauempana. Lähempänä olevat osat kokevat keskimääräistä suuremman vetovoiman; kauempana olevat osat kokevat keskimääräistä vähäisemmän vetovoiman.

on olemassa voima, joka vetää sitä ulkoisen gravitaatiomassan suuntaan. Kappaleen eri pisteet kokevat hieman erilaisia voimia, jolloin syntyy vuorovesivoima: erot yksittäisiin pisteisiin kohdistuvan voiman ja koko kappaleeseen kohdistuvan keskimääräisen nettovoiman välillä. Department of Oceanography, Naval Postgraduate School

But there ’s more than’ s more than that parts of the Earth are closer and parts are Let away from the Moon. Kuten kaikki fysikaaliset kappaleet, maapallo on kolmiulotteinen, mikä tarkoittaa, että maan” ylä – ”ja” pohja ” – alueet (Kuun näkökulmasta) vedetään sisäänpäin, kohti maan keskustaa, suhteessa keskellä oleviin osiin.

kaiken kaikkiaan, jos vähennämme jokaisen maan pisteen kokeman keskimääräisen voiman, voimme nähdä, miten kaikki pinnan eri pisteet kokevat kuusta tulevat ulkoiset voimat eri tavalla. Nämä voimalinjat kartoittavat kappaleen kokemat suhteelliset voimat ja selittävät, miksi vuoroveden kokevat kappaleet venyvät voiman suuntaisesti ja puristuvat kohtisuoraan voiman suuntaan.

keskimääräiseen nettovoimaan, kun taas eri pisteet pois keskustasta kokevat differentiaalisen nettovoiman. Tästä seuraa ”spagettia kirkastava” vaikutus. Krishnavedala/Wikimedia Commons

mitä lähemmäs massiivista kohdetta pääsee, sitä suuremmiksi nämä vuorovesivoimat tulevat; vuorovesivoimat kasvavat jopa nopeammin kuin painovoima! Koska mustat aukot ovat sekä äärimmäisen massiivisia että äärimmäisen kompakteja, ne synnyttävät maailmankaikkeuden suurimmat tunnetut vuorovesivoimat. Tämän vuoksi lähestyessäsi mustaa aukkoa huomaat ”puhdistautuvasi” eli venyväsi ohueen, nuudelimaiseen muotoon.

tämän perusteella on helppo ymmärtää, miksi odottaisit mustien aukkojen imevän sinut sisäänsä: mitä lähemmäs yhtä pääsee, sitä voimakkaammaksi vetovoima voimistuu ja sitä voimakkaammiksi hajoavat vuorovesivoimat.

vuorovesi hajoaa lähestyessään mustaa aukkoa. LHC-massaiselle mustalle aukolle nämä voimat ovat merkityksettömiä, koska ne ovat huolimattoman pieniä, mutta galaksimme keskustan kaltaisille mustille aukoille vuorovesivoimat lähellä tapahtumahorisonttia voivat olla valtavia. ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser

silti ajatus siitä, että joutuisit imeytymään mustaan aukkoon, on edelleen harhaluulo, ja vieläpä yhden doozy. Jokainen hiukkanen, joka muodostaa kappaleen, johon musta aukko vaikuttaa, on edelleen samojen fysiikan lakien alainen, mukaan lukien aika-avaruuden gravitaatiokäyrä, jonka yleinen suhteellisuusteoria tuottaa.

vaikka on totta, että avaruuden kangas on kaareutunut massan läsnäolosta, ja että mustat aukot tarjoavat suurimman massakeskittymän kaikkialla maailmankaikkeudessa, on myös totta, että kyseisen massan tiheydellä ei ole väliä sillä, miten avaruus on kaareva. Jos aurinko korvattaisiin valkoisella kääpiöllä, neutronitähdellä tai mustalla aukolla, jonka massa olisi täsmälleen sama, maan painovoima ei olisi erilainen. Kokonaismassa kaartaa ympäröivää tilaa; tiheydellä ei ole käytännössä mitään tekemistä sen kanssa.

ruudukko, massan laskeminen aiheuttaa sen, että ne, jotka olisivat olleet ”suoria”, sen sijaan kaartuvat tietyllä määrällä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan avaruus ja aika ovat jatkuvia, mutta kaikki energiamuodot, mukaan lukien mutta ei rajoittuen massaan, vaikuttavat aika-avaruuden kaarevuuteen. Jos Korvaisimme maan tiheämmällä versiolla singulariteettiin asti, tässä esitetty aika-avaruuden muodonmuutos olisi identtinen; ero olisi huomattava vain maan sisällä. Christopher Vitale Networkoologies and the Pratt Institute

kaukaa katsottuna musta aukko on aivan kuin mikä tahansa muu massa maailmankaikkeudessa. Vasta kun pääsee hyvin lähelle-muutaman Schwarzschildin säteen sisälle-alkaa huomata Newtonin painovoiman poikkeamat. Musta aukko toimii kuitenkin vain attraktorina, ja sitä lähestyvät kappaleet tekevät samat kiertoradat kuin normaalisti: ympyrän, ellipsin, paraabelin tai hyperbelin, erittäin hyvän likiarvon mukaan.

vuorovesivoimien vuoksi lähestyvät kappaleet saattavat repeytyä kappaleiksi, ja mustan aukon ympärille kertymäkiekon muodossa kertyneen aineen vuoksi saattaa esiintyä muitakin vaikutuksia: magneettikenttiä ja kitkaa ja kuumenemista. Kun otetaan huomioon nämä ylimääräiset vuorovaikutukset, osa aineesta todennäköisesti hidastuu ja lopulta nielaisee mustan aukon, mutta ylivoimainen enemmistö pääsisi silti pakoon.

kertymäkiekon keskellä oleva supermassiivinen musta aukko lähettää kapean suurenergisen ainesuihkun avaruuteen kohtisuoraan kiekkoon nähden. Noin 4 miljardin valovuoden päässä oleva bleiseri on monien korkeaenergisimpien kosmisten säteiden ja neutriinojen alkulähde. Vain mustan aukon ulkopuolelta tuleva aine voi lähteä mustasta aukosta; tapahtumahorisontin sisältä tuleva aine ei voi koskaan paeta. DESY, Science Communication Lab

tosiasia on, että mustat aukot eivät ime mitään; ei ole mitään voimaa, jota musta aukko käyttää, jota normaali kappale (kuten kuu, planeetta tai tähti) ei käytä. Loppujen lopuksi kaikki on vain painovoimaa. Suurin ero on, että mustat aukot ovat tiheämpiä kuin useimmat kappaleet, miehittää paljon pienempi määrä tilaa, ja voi olla paljon massiivisempi kuin mikään muu yksittäinen esine. Saturnus voisi olla ihan hyvä kiertämään Aurinkoamme, mutta jos auringon korvaisi Linnunradan keskustassa olevalla mustalla aukolla — mustalla aukolla, joka on noin 4000000 kertaa niin massiivinen kuin aurinko — vuorovesivoimat olisivat kyllin voimakkaita hajottamaan Saturnuksen valtavaksi renkaaksi, jossa siitä tulisi osa mustan aukon kertymäkiekkoa. Kun kaiken aineen synnyttämien gravitaatio -, sähkö-ja magneettikenttien edessä olisi tarpeeksi kitkaa, kuumenemista ja kiihtymistä, se lopulta putoaisi sen sisälle ja nielisi sen.

akcretes materiaa ja kiihdyttää osan siitä ulospäin kahtena kohtisuorana suihkuna, on erinomainen kuvaus siitä, miten kvasaarit toimivat. Mustaan aukkoon tippuva aine, mikä tahansa lajike, on vastuussa sekä massan että tapahtumahorisontin kokoisen mustan aukon lisäkasvusta. Huolimatta kaikista harhaluuloista, ei kuitenkaan ole olemassa mitään ulkoisen aineen ”imemistä”. Mark A. Garlick

mustat aukot näyttävät imevän Materiaa sisäänsä vain siksi, että ne ovat niin massiivisia, ja vuorovesivoimien ja mustan aukon ympärillä jo olevan aineen yhdistelmä voi repiä ulkoiset kappaleet kappaleiksi, jolloin tietty murto-osa repeytyneistä hiukkasista kokee tarpeeksi vetovoimaa, joka kanavoituu kertymäkiekkoon ja lopulta itse mustaan aukkoon. Mutta mustat aukot ovat sotkuisia syöjiä; ylivoimainen enemmistö mustan aukon lähellä kulkevasta aineesta syljetään takaisin ulos muodossa tai toisessa. Vain pieni osa, joka osuu tapahtumahorisonttiin, saa sen kasvamaan.

sen kitka, lämmitys ja liikkeessä olevien varattujen hiukkasten vuorovaikutus luovat sähkömagneettisia voimia, jotka voivat suppiloida massan tapahtumahorisontin sisään. Mutta musta aukko ei milloinkaan käytä imevää voimaa; se on vain tavallinen, tavallinen gravitaatiovoima. Mark Garlick (Warwickin yliopisto)

Jos korvaisimme universumin jokaisen massan vastaavan massaisella mustalla aukolla ja poistaisimme kaiken kitkan, kuten kertymälevyt, hyvin vähän imeytyisi sisään ollenkaan. Ainoa kitka, jonka hiukkanen kokisi, johtuu sen gravitaatiosäteilystä, kun se liikkuu mustan aukon synnyttämän kaarevan aika-avaruuden läpi. Vain materiaali, joka muodosti sisätilojen kolme kertaa tapahtumahorisontin säde — sisätilojen sisimpään vakaa Pyöreä kiertorata (Isco) suhteellisuusteoria — vääjäämättä saada ”imetään”, koska käyttäytymistä Einsteinin teorian itse. Verrattuna siihen, mitä fyysisen todellisuutemme tapahtumahorisonttiin kuuluu, nämä vaikutukset ovat mitättömiä.

lopulta meillä olisi vain painovoima, ja kaareva aika-aika, joka johtuisi näiden massojen läsnäolosta. Ajatus siitä, että mustat aukot imevät itseensä mitä tahansa, on suurin myytti niistä. Ne kasvavat vetovoiman takia, eikä mitään muuta. Tässä universumissa se on enemmän kuin tarpeeksi.

Seuraa minua Twitterissä. Tutustu sivustooni tai joihinkin muihin töihini täällä.