Mustade aukude saladused

1. Mustade aukude saladused Tallinna Tehnika Gümnaasium 12B klass Art-Mihkel Tedrema

2. Mis on must auk ? • 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.

3. Musta augu sünd: • Väiksemad mustad augud tekivad, kui piisava suurusega täht tekitab oma gravitatsiooni mõjul oma sisemuses nii suure rõhu, et taevakeha paokiirus hakkab lähenema valguse kiirusele. • Mitte mingi rõhk ei suuda raskusjõule vastu seista ja üldrelatiivsusteooria järgi vajub täht kokku peaaegu punktiks, singulaarsuseks. (Singulaarsus on koht, kus aegruumi kõverus on lõpmatu ja aine tihedus on lõpmatu suur). Varisemine kestab ainult sekundi murdosa. • Kui astronoomid on väikeste mustade aukude tekke saladuse lahendanud, siis suured mustad augud on jäänud müsteeriumiks.

4. Mustaaugusünd: • Kauge vaatleja näeb musta augu tekkimisel järgmist pilti: gravitatsioonijõu mõjul suure hooga tsentri poole kokkulangeva tähe raadius väheneb kiiresti. Kuid mida lähemale jõuab raadius Schwarzschildi raadiuseni, seda rohkem tähe kokkutõmbumine aeglustub. • Schwarzschildi musta augu (s.o. mittepöörlev, elektriliselt neutraalne, kuid kindla massiga must auk) puhul nimetatakse sündmuste horisondi (aegruumi selliste punktide kogum, kus aja kulg eemaloleva vaatleja jaoks jääb seisma) raadiust Schwarzschildi raadiuseks: R = 2*M*G / cˇ2 • M – musta augu mass G – gravitatsioonikonstant c – valguse kiirus

5. Näitega seletus: • Kui viskad palli Maa pinnalt õhku, võid kindel olla, et, kui pall jõuab teatud kõrguseni, kukub ta tagasi maapinnale. Mida kõrgemale palli visata, seda kõrgemale ta lendab, sest pall saab visates suurema kiiruse.Kui pall saaks kiiruse 40 000 km/h, siis ületaks jõud, millega me palli üles tõukame, Maa külgetõmbejõu ja pall lendaks kosmosesse. • Kui aga Maa suruda kokku pisikeseks 1 sentimeetrise läbimõõduga keraks, ilma, et Maa ainest midagi kaotsi läheks, siis suureneb Maa külgetõmbejõud nii suureks, et Maa muutub musta augu sarnaseks. Ta hakkab ülisuure jõuga kõiki asju enda külge tõmbama. Isegi valgus ei pääseks niisugusest mustast august läbi.

7. Veel põnevat: • Kui maa sees on auk, millest meil on villand, ajame selle täis, ja seda ei ole enam. Kui tegemist on musta auguga, siis – mida enam me sellesse miskit loobime, seda suuremaks see auk läheb. Et musta auku täis ajada, tuleb sellest ainet välja võtta. Kuna see pole võimalik, saavad mustad augud ainult kasvada. • Musta augu raadius, täpsemini – gravitatsiooniline raadius (ehk sündmuste vaatlemise piir ehk singulaarsuse piir ehk lõkspind) on lihtsalt võrdeline musta augu massiga.

8. Kuidas näha musta auku ? • Musti auke on kosmosest teleskoobiga väga raske leida. Neid avastatakse mõju järgi mida nad teistele taevakehadele avaldavad. • Mustade aukude otsimiseks on soovitatud kolme moodust, millest praegusel hetkel on rakendamiskõlblik minu powerpointis viimane variant. • Esimene moodus põhineb üksiku musta augu võimel neelata ümbritsevast ruumist gaase. Langev gaas kuumeneb ja hakkab tugevasti kiirgama.

9. Kuidas näha musta auku(2)? • Teise meetodi puhul otsitakse kaksiktähti, mille üks komponent on nähtav täht ja teine nähtamatu. Kui nähtamatu tähe mass on küllalt suur võib ta olla must auk. Raskusi valmistab aga see, et nähtamatu kaaslane võib olla harilik täht, mida ei saa näha näiteks sellepärast, et ta on väga nõrga valgusega, tolmupilve taga vms. • Kolmas meetod, samuti nagu esimenegi, põhineb aine voolamisel musta auku. Siin pole aga auk maailmaruumis üksi, vaid kaksiktähe osa. Naabertähest võib voolata musta augu poole suurel hulgal gaasi, mis moodustab augu ümber ägedasti põleva ketta. Ketas kiirgab intensiivselt röntgenkiiri.

11. Musta augu ehitus • Mittepöörlev must auk koosneb kesksest singulaarsusest ja seda ümbritsevast kerakujulisest sündmuste horisondist. Sündmuste horisont on raja, millest seespoolt lähtuvad signaalid (valgus, osakesed jms.) ei pääse välja. Teda saab läbida ainult ühes suunas – sissepoole. Sündmuste horisonti võib nimetada musta augu pinnaks. Horisondi kaugus singulaarsusest on 3 km, korrutatud Päikese massides väljendatud tähe massiga. • Pöörleva musta augu ümber moodustub veel teinegi horisont, nn. statsionaarsusraja, mis on kokku surutud augu pooluste kohalt, kuid ekvaatoril ulatub veidi väljapoole sündmuste horisonti. Nende kahe horisondi vahel asetseb nn. ergosfäär, kus miski ei saa püsida paigal, vaid kõik pöörleb augu ümber viimase pöörlemissuunas. Erinevalt sündmuste horisondi sisepoolest saab ergosfäärist pääseda tagasi auguvälisesse ruumi.

12. Kui palju on Linnutees musti auke? • Tähtede arenguloost teame juba niipalju, et võime hinnata, mitu massiivset tähte on kulutanud oma tuumaenergia lõpuni Linnutee eluea jooksul, umbes 10 miljardi aastaga. Tulemuseks on saadud, et Linnutees peaks praegusel hetkel olema umbes miljard tähtedest tekkinud musta auku. • Keskmiselt kümne aasta jooksul peaks üks täht mustaks auguks varisema.

13. Mustade aukude saladus: • 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. • Kui kujutada 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.

15. Mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub pöörlevasse musta auku? • Vaatame, mis juhtub raketiga, kui ta sukeldub pöörlevasse musta auku. Läbides sündmuste horisondi on astronautidel mitu võimalust. • 1) Kui nad liiguvad singulaarsuse poole piki selle ekvatoriaaltasapinda, tabab raketti sama saatus, mis mittepöörleva musta augu puhul ehk loodejõud kisub raketti koos reisijatega tükkideks. • 2) Kui astronaudid lähenevad singulaarsusele mingi nurga all selle ekvatoriaaltasapinnaga, siis satuvad nad läbi rõngakujulise singulaasuse antigravitatsioonimaailma (negatiivsesse universumi). • 3) Astronautidel on ka kolmas võimalus: kalduda singulaarsusest kõrvale, pöörduda tagasi ja väljuda läbi sündmuste horisondi tavalisse, kuid nüüd juba tuleviku universumi. Pärast seda võivad astronaudid kas jääda sellesse tuleviku universumi, külastades sealseid planeete, või tagasi pöörduda musta auku ja jällegi teha valik samade 3 võimaluse vahel. • Ehk meie astronautidest on saanud ajarändurid.

17. Kasutatud materjal: • http://www.postimees.ee/?id=159538 • http://www.kadrina.edu.ee/andres/mm.php?menu=1&id=12 • http://images.google.ee/imgres?imgurl=http://sprott.physics.wisc.edu/pickover/embed.jpg&imgrefurl • Ja palju muid kohti...