Musta augu loomiseks on mitu võimalust, alates supernoova südamiku kokkuvarisemisest kuni neutronitähtede liitumiseni tohutu hulga aine kokkuvarisemisega. Kui võtame alumise piiri, võivad mustad augud omada 2,5–3 päikesemassi, kuid ülemisel piiril võivad ülimasssiivsed mustad augud ületada 10 miljardit päikesemassi. Tavaliselt leidub neid galaktikakeskustes. Kui stabiilsed nad on? Milline must auk kuivab esimesena: kas suur ja ablas või väike?
Kas musta augu stabiilsuse jaoks on kriitiline suurus? 1012 kilogrammi kaaluv must auk võib püsida mitme miljardi aasta jooksul. Kuid must auk 105 massivahemikus võib plahvatada sekundiga ja ei ole kindlasti stabiilne. Kus on kuldne kesktee, mille juures aine sissevool võrdub Hawkingi kiirgusega?
Mustade aukude stabiilsus
Kõigepealt tuleb alustada musta augu enda stabiilsusest. Igal muul universumi objektil, nii astrofüüsikalises kui ka muus, on jõud, mis hoiavad seda koos universumi vastu, kes üritab seda lahti rebida. Vesiniku aatom on tugev struktuur; üks ultraviolettkiirgusega footon võib selle elektronid ioniseerides hävitada. Aatomituuma hävitamiseks vajate suurema energiaga osakest nagu kosmiline kiir, kiirendatud prooton või gammakiirte footon.
Kuid selliste suurte struktuuride nagu planeedid, tähed või isegi galaktikad jaoks on neid hoidvad gravitatsioonijõud tohutult suured. Reeglina on sellise megastruktuuri purustamiseks vaja kas termotuuma reaktsiooni või uskumatult tugevat raskusjõu mõju väljastpoolt - näiteks mööduva tähe, musta augu või galaktika poolt.
Mustade aukude puhul see siiski nii ei ole. Musta augu mass väheneb selle asemel, et jaotuda mahule, ainsuseks. Mittepöörlevas mustas augus on see üks nullmõõduline punkt. Keerlev must auk pole palju parem: lõpmata õhuke, ühemõõtmeline rõngas.
Reklaamvideo:
Lisaks on kogu musta augu kogu massienergia sisaldus sündmuste horisondis. Mustad augud on ainsad objektid Universumis, millel on sündmuste horisont: piir, millest üle on võimatu naasta. Ükski kiirendus ja seega ka ükski jõud ei suuda sündmuse horisondist ainet, massi ega energiat oma piiridest välja tõmmata.
See võib tähendada, et kõikvõimalikul viisil moodustunud mustad augud saavad ainult kasvada ja neid ei hävitata kunagi. Ja nad kasvavad, halastamatult ja vahetpidamata. Vaatleme universumis igasuguseid nähtusi, näiteks:
- kvasarid;
- bleisarid;
- aktiivsed galaktilised tuumad;
- mikrokvaasarid;
- tähed, mis ei eralda mingit valgust;
- Röntgenkiirte ja raadio pursked galaktikakeskustest;
mis viivad meid mustadesse aukudesse. Nende masside määramise abil püüame välja selgitada nende sündmuste horisondi füüsilised mõõtmed. Kõik, mis sellega kokku põrkab, ületab või isegi puudutab, langeb paratamatult sissepoole. Ja siis tänu energia säästmisele suureneb ka musta augu mass.
See protsess toimub iga meile teadaoleva musta auguga. Sinna saadetakse kõik teiste tähtede materjal, kosmiline tolm, tähtedevaheline aine, gaasipilved, isegi kiirgus ja neutriinod. Iga mustaga kokku põrganud aine suurendab selle massi. Mustade aukude kasv sõltub musta auku ümbritseva aine ja energia tihedusest; meie Linnutee keskmes olev koletis kasvab 1 päikesemassiga iga 3000 aasta tagant; must auk Sombrero galaktika keskel kasvab 20 aastaga 1 päikesemassiga.
Mida suurem ja raskem on teie must auk keskmiselt, seda kiiremini see kasvab, sõltuvalt materjalist, mida ta kohtab. Selle kasvutempo aeglustub, kuid kuna universum on vaid umbes 13,8 miljardit aastat vana, kasvavad mustad augud ilusti.
Teisest küljest ei kasva mustad augud aja jooksul lihtsalt; on ka nende aurustumisprotsess: Hawkingi kiirgus. See on tingitud asjaolust, et ruum on sündmuste horisondi lähedal tugevalt kõver, kuid sirgub kaugusega. Suure vahemaa tagant näete sündmuse horisondi lähedal kumerast piirkonnast eralduvat väikest kiirgust tänu sellele, et kvantvaakumil on erinevates kõverates ruumipiirkondades erinevad omadused.
Lõpptulemus on see, et mustad augud kiirgavad mustast kehast (enamasti footonite kujul) soojuskiirgust nende ümber kõikides suundades, ruumimahus, mis ümbritseb musta augu asukohas põhimõtteliselt umbes kümmet Schwarzschildi raadiust. Ja see võib tunduda kummaline, kuid mida väiksem on must auk, seda kiiremini see aurustub.
Hawkingi kiirgus on uskumatult aeglane protsess, mille käigus aurustub meie Päikese massiga must auk 10 (64 võimule) aasta pärast; auk meie Linnutee keskel - 10 (87 võimule) aastaga ja kõige massilisem Universumis - 10 (100 võimuni) aastaga. Musta augu aurustumisaja arvutamiseks lihtsa valemiga peate võtma meie Päikese ajaraami ja korrutama (musta augu mass / Päikese mass).
millest järeldub, et must mass Maa massiga elab 10 (47 võimuni) aastat; must auk suure püramiidi massiga Gizas (6 miljonit tonni) - umbes tuhat aastat; Empire State Buildingu massiga - umbes kuu; tavainimese massiga - pikosekund. Mida vähem massi, seda kiiremini must auk aurustub.
Meile teadaolevalt võiks universum sisaldada kujuteldamatult erineva suurusega musti auke. Kui see oleks täidetud heledate mustade aukudega - kuni miljard tonni -, oleksid nad kõik tänaseks aurustunud. Puuduvad tõendid selle kohta, et nende kopsude ja neutronitähtede ühinemise käigus sündinud mustade aukude vahel oleks massi - teoreetiliselt on nad on 2,5 päikese mass. Üle nende piiride näitavad röntgeniuuringud mustade aukude olemasolu 10–20 päikesemassi vahemikus; LIGO näitas musta auku 8–62 päikesemassi vahel; leida ka ülimasssiivseid musti auke kogu universumis.
Täna omandavad kõik olemasolevad mustad augud ainet kiiremini kui Hawkingi kiirguse tõttu. Päikesemassiga must auk kaotab igal sekundil umbes 10 (kuni -28 võimsusele) J energiat. Aga kui arvestada, et:
- isegi ühel KMA footonil on miljon korda rohkem energiat;
- 411 neist footonitest ruumi kuupsentimeetri kohta jäi pärast Suurt Pauku;
- nad liiguvad valguskiirusel, põrkudes igas kuupsentimeetris kokku 10 triljonit korda sekundis;
isegi üksik must auk, mis asub sügaval galaktikavahelises ruumis, ootab, kuni universum on küpsenud 10 (20 võimuni) aastani - praeguse vanuse miljard korda -, enne kui musta augu kasvutempo langeb alla Hawkingi kiirguse määra.
Aga mängime mängu. Oletame, et elate galaktikavahelises ruumis, kaugel tavalisest mateeriast ja tumeainest, kaugel kõigist kosmilistest kiirtest, tähekiirgusest ja neutriinodest ning teil on vestelda ainult Suure Paugu footonitega. Kui suur peab olema teie must auk, et aurustumiskiirus (Hawkingi kiirgus) ja footonite neeldumine teie musta augu (kasvu) abil üksteist tasakaalustaksid?
Vastus saadakse piirkonnas 10 (võimsusele 23) kg, see tähendab ligikaudu planeedi Merkuur massiga. Kui Merkuur oleks must auk, oleks selle läbimõõt pool millimeetrit ja see kiirgaks umbes 100 triljonit korda kiiremini kui päikesemassist must auk. Just selle massiga meie universumis neelaks must auk sama palju mikrolainekiirgust, kui see kadus Hawkingi kiirguse käigus.
Kuid kui soovite realistlikku musta auku, ei saa te seda isoleerida universumis allesjäänud ainest. Isegi galaktikatest väljutatud mustad augud lendavad ikkagi galaktikavahelise keskkonna kaudu kokku, põrkudes kokku kosmiliste kiirte, tähevalguse, neutriinode, tumeaine ja igasuguste, massiivsete ja massitute osakestega. Kosmiline mikrolaineahi on vältimatu kõikjal. Mustad augud tarbivad pidevalt ainet ja energiat ning kasvavad massi ja suurusega. Jah, nad eraldavad ka energiat, kuid enne kui kõik meie Universumi mustad augud hakkavad kiiremini ammenduma kui kasvavad, võtab see umbes 100 kvintiljonit aastat.
Ja lõplik aurutamine võtab veelgi rohkem aega.
Ilja Khel
