Arvestades universumis olenevaid mitmesuguseid vorme, pole nii lihtne ette kujutada, et miljonite aastate jooksul on olemas olnud ainult vesiniku ja heeliumi gaaside neutraalsed aatomid. Ja sama keeruline on ette kujutada, et ühel päeval, pärast kvadriljonit aastat, tuhmuvad kõik tähed. Jäävad ainult meie endiselt elava Universumi jäänused ja … mustad augud. Kuid nad ei ela igavesti. See tõstatab huvitava küsimuse. Mis juhtub, kui must auk kaotab Hawkingi kiirguse tõttu piisavalt energiat, nii et selle energiatihedus ei suuda enam säilitada sündmuse horisondi eripära? See tähendab, et millal lõpeb Hawkingi kiirguse tõttu must auk mustaks aukuks?
Sellele küsimusele vastamiseks on oluline mõista, mis must auk tegelikult on.
Mustad augud tekivad tavaliselt massiivse tähe südamiku kokkuvarisemise ajal, kui kasutatud tuumkütus lõpetab raskemate elementide sünteesi. Sünteesi aeglustumisel ja peatumisel langeb tuumas kiirgusrõhk, mis oli ainus asi, mis hoidis tähte gravitatsioonilise kokkuvarisemise eest. Kui välimised kihid kogevad sageli eskaleeruvat liitumisreaktsiooni, täites endise tähe supernoovaks, siis tuum variseb kõigepealt neutronitäheks, kuid kui mass on liiga suur, varisevad neutronid ise veelgi tihedamaks musta augu olekuks. Must auk võib tekkida ka siis, kui neutronitäht võtab kaasastähelt piisavalt massi ja ületab mustaks auguks vajaliku läve.
Raskusjõu seisukohast on selleks, et mustaks auguks saada, lihtsalt piisavalt suurt massi piisavalt väikeses ruumalas, kust isegi valgus ei pääse. Igal massil, kaasa arvatud planeedil Maa, on põgenemiskiirus: kiirus, mida tuleb arendada gravitatsioonilise külgetõmbejõu täielikuks pääsemiseks massi keskmest teatud kaugusel (näiteks kaugus Maa keskpunktist pinnale). Kuid kui massi on piisavalt, et põgenemiskiirus võrduks valguse kiirusega, siis ei saa miski seda tõket ületada, sest miski ei tohi valguse kiirust ületada.
See kaugus massi keskmest, kus põgenemiskiirus on võrdne valguse kiirusega - nimetagem seda R -, määrab musta augu sündmuse horisondi suuruse. Kuid sellel, et mateeria sellistes tingimustes eksisteerib, on veel üks tajutav tagajärg: see asi peab varisema ainsuseks. Võib eeldada, et peab olema olemas olek, mis on stabiilne ja asub teatud mahus sündmuse horisondi piires, kuid see on füüsiliselt võimatu.
Välise jõu rakendamiseks peab sisemine osake saatma osakese, mis kannab jõudu massi keskelt sündmuse horisondi. Kuid seda jõu kandjat piirab ka valguse kiirus ja ükskõik, kus te sündmushorisondis viibite, lõpevad kõik valguse sarnased kõverad keskel. Veelgi hullem on aeglaste ja massiivsete osakeste puhul. Kui olete moodustanud sündmuste horisondi abil musta augu, variseb kogu sees olev asi ainsuseks.
Reklaamvideo:
Ja kuna miski ei saa jätta musta auku, võiks arvata, et must auk jääb nii igavesti. Ja kui mitte kvantfüüsika jaoks, siis oleks see nii. Kuid kvantfüüsikas on kosmose enda jaoks olemas nullist erinev kogus energiat: kvantvaakum. Kumeras ruumis omandab kvantvaakum hoopis teistsugused omadused kui tasasel ja pole ühtegi piirkonda, mille kumerus oleks suurem kui musta augu ainsuse lähedal. Kombineerige need kaks loodusseadust - kvantfüüsika ja relativistlik ruumi-aeg musta augu lähedal - ja saate Hawkingi kiirguse nähtuse.
Kvantrivälja teooria arvutused kõverdatud ruumis pakuvad hämmastavat lahendust: mustast kehast eralduv soojuskiirgus eraldub musta augu sündmushorisonti ümbritsevasse ruumi. Ja mida väiksem on sündmushorisont, seda suurem on sündmuse horisondi lähedal asuva ruumi kumerus ja samal ajal on suurem Hawkingi kiirguskiirus. Kui meie Päike oleks must auk, oleks Hawkingi radiatsiooni temperatuur 62 nanokelvinit; kui te võtaksite meie galaktika keskmesse musta augu, mis oleks 4 000 000 korda massiivsem kui päike, oleks temperatuur 15 femtokelvini ehk 0,000025% väiksema objekti kiirgustemperatuurist.
See tähendab, et mida väiksem on must auk, seda kiiremini see laguneb ja suurimad elavad kõige kauem. Päikesemassi must auk kestab umbes 1067 aastat enne aurustumist, kuid must auk meie galaktika keskel elab 1020 korda kauem. Huvitav on see, et kuni selle olemasolu viimase sekundini on mustal augul sündmuste horisont. Kui ainsus on moodustatud - ja seni, kuni sündmuse horisont püsib -, jääb see ainsuseks kuni mass on null.
Selle musta augu elu viimasel sekundil on aga väga konkreetne ja võimas energiapaisumine. Kui mass langeb 228 tonnini, on see signaal, et järele jääb täpselt üks sekund. Sündmuse horisondi suurus on sel ajal 340 yoktomeetrit ehk 3,4 x 10–22: ühe footoni lainepikkuse suurus, mille energia on suurem kui kõigi LHC toodetud osakeste energia. See viimane sekund vabastab 2,05 x 1022 džauli energiat, viis miljonit megatonni TNT ekvivalenti. See on justkui miljon termotuumapommi plahvatanud pisikeses ruumis; see on musta augu aurustumise viimane etapp.
Mis on järgi? Lihtsalt väljuv kiirgus. Kui varem oli ruumis ainsus, kus mass ja ka võimalik, et laeng ja nurdemoment eksisteerisid lõpmata väikeses mahus, siis seda enam ei eksisteeri. Ruum taastatakse olekus, mis pole ainulaadne, nagu poleks varem midagi olnud. Kuid kui see juhtub, on universumil aega oma asju ajada triljoneid kordi. Esimese musta auru aurustumisel ei jää enam tähti ega muid valgusallikaid. Ja pole "läve", mille järel see peaks juhtuma. Just see, et must auk peaks täielikult aurustuma. Ja nii palju kui me teame, jääb ainult radiatsioon.
Teisisõnu, kui te näeksite, kuidas meie universumi viimane must auk aurustub, näeksite te ainult 10000 aasta või pikema aja jooksul musta ruumi tühjust, kus pole valgust ega aktiivsuse märke. Teatud spektri ja ulatusega radiatsiooni järsk ja võimas purunemine on viimane kord, kui meie vaadeldavat universumit kiiritatakse. Viimase musta augu aurustumine on viimane kord, kui universum ütleb: laske olla valgus!
ILYA KHEL
