|
EILE KELL VIIS LENDAR PEETRUSKA MUSTAUKU JA JÄI SINNA KINNI.
{{ToimetaAeg|kuu=veebruar|aasta=2013}}
{{keeletoimeta}}
[[Pilt:BH LMC.png|pisi|[[Gravitatsioon]]ilise [[lääts]]e nähtus moonutab tausta ([[Suur Magellani Pilv]]) musta augu ümbruses '''(kunstniku interpretatsioon / tõlgendus)'''. Seni pole astronoomidel õnnestunud saada ülesvõtet, kus oleks gravitatsiooniline lääts nii ilmekalt näha.]]
'''Must auk''' on [[aegruum]]i piirkond, millest lähtuv [[gravitatsioon]] on nii tugev, et sellest ei pääse välja miski, millel on [[mass]]<ref>[[Robert Wald|Robert M. Wald]]. ''General Relativity'', [[1984]], University of Chicago Press, ISBN 978-0-226-87033-5, lk 299–300.</ref> (ei [[aine (füüsika)|aine]] ega ka [[elektromagnetkiirgus]], küll aga siiski [[Hawkingi kiirgus]]). Selle tekitab vastavalt [[üldrelatiivsusteooria]]le väga suur [[tihedus]], mis deformeerib aegruumi.<ref>[[Robert Wald|Robert Manuel Wald]]. [http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9710068v3.pdf Gravitational Collapse and Cosmic Censorship], 1998.</ref>
Selle piirkonna piir, millest ei ole võimalik väljuda, on [[sündmuste horisont]]. Kuigi sündmuste horisondi ületamine avaldab seda läbitegevale kehale tohutut mõju, tundub, et seda ei ole asja sees olles võimalik märgata.
Must auk toimib paljuski nagu [[absoluutselt must keha]], sest ta ei peegelda valgust.<ref>[[Bernard F. Schutz]]. ''Gravity from the ground up'',
Cambridge University Press 2003, ISBN 0-521-45506-5, lk 110.</ref><ref>[[Paul Davies]]. Thermodynamics of Black Holes. – ''[[Reports on Progress in Physics]]'', [[1978]], 41, nr 8, lk 1313–1355. [http://iopscience.iop.org/0034-4885/41/8/004/ Resümee].</ref> [[Kvantväljateooria kõveras aegruumis]] ennustab, et sündmuste horisondilt lähtub [[Hawkingi kiirgus]], millel on samasugune [[soojuskiirgus]]e spekter nagu absoluutselt mustal kehal, mille [[temperatuur]] on [[pöördvõrdelisus|pöördvõrdeline]] musta augu [[mass]]iga. Selle temperatuuri [[suurusjärk]] on [[tähe massiga must auk|tähe massiga mustal augul]] miljardikud [[kelvin]]id, mistõttu seda ei ole praktiliselt võimalik vaadelda.
Objektidest, mille [[gravitatsiooniväli]] on nii tugev, et hoiab valgust kinni, mõtlesid esimest korda 18. sajandil [[John Michell]] ja [[Pierre-Simon Laplace]]. Esimese [[üldrelatiivsusteooria]] võrrandite lahendi, mis iseloomustaks musta auku, leidis [[1916]] [[Karl Schwarzschild]], kuigi selle tõlgenduse ruumipiirkonnana, millest miski ei pääse välja, avaldas esimesena [[David Finkelstein]] [[1958]]. Seda peeti kaua aega matemaatiliseks kurioosumiks, kuid 1960ndatel näidati, et üldrelatiivsusteooria ennustab mustade aukude võimalikkust. [[Neutrontäht]]ede avastamine tekitas huvi [[gravitatsiooniline kollaps|gravitatsiooniliselt kollabeerunud]] ülitihedate objektide kui võimaliku astrofüüsikalise reaalsuse vastu.
Eeldatakse, et tähe massiga mustad augud tekivad siis, kui väga massiivsed [[täht (astronoomia)|tähed]] oma elutsükli lõpul kollabeeruvad. Juba tekkinud must auk võib kasvada, neelates ainet oma ümbrusest. Kui mustad augud neelavad tähti ja omavahel ühinevad, võivad tekkida [[ülimassiivne must auk|ülimassiivsed mustad augud]], mille mass on miljoneid [[Päikese mass]]e. On üldtunnustatud, et enamiku [[galaktikad|galaktikate]] keskmes on ülimassiivsed mustad augud.
Olgugi et musta augu sisemus on nähtamatu, saab selle kohalolu järeldada vastastikmõju järgi muu aine ja elektromagnetkiirgusega. Mustale augule langev aine võib moodustada [[akretsiooniketas|akretsiooniketta]], mis [[hõõrdumine|hõõrdumise]] tõttu kuumeneb, nii et tekib [[kvasar]] (kvasarid on Universumi heledaimad objektid). Kui musta augu ümber tiirleb tähti, saab nende [[orbiit|orbiidi]] järgi arvutada selle massi ja asukoha. Selliste vaatlustega saab välistada alternatiivid (näiteks [[neutrontäht]]). Nõnda on astronoomid tuvastanud arvukalt tähe massiga mustade aukude kandidaate [[kaksiktäht]]edes ning teinud kindlaks, et [[Linnutee|Galaktika]] tuumas on ülimassiivne must auk, mille mass on umbes 4,3 miljonit Päikese massi.
Must auk tekib siis, kui väga suure tähe tuumkütus on lõppenud ning tähe sisemusse suunatud gravitatsioonijõu ja tuumareaktsioonidest tekkiva rõhu tasakaal saab rikutud. Täht kollabeerub, vajudes oma enese raskuse all lõkspinna taha, kogunedes ruumipiirkonda, mis jääb sissepoole niinimetatud sündmuste horisonti ehk [[Schwarzschildi raadius]]t, selle piirkonna [[tihedus]] läheneb lõpmatusele ja seda nimetatakse [[singulaarsus]]eks. Kuigi [[neutron]]- ja [[kvark]]massi omadused ei ole lõpuni selged, hinnatakse musta augu tekkimiseks vajaliku aine kriitilise massi suuruseks umbes 2 kuni 3 [[päike|Päikese]] massi.
Kuigi must auk iseenesest ei ole nähtav, siis valguse kiirusele lähedase kiirusega musta auku langev aine tekitab elektromagnetkiirguse voo musta augu piirkonnast ja muudab ta nähtavaks. Kuna must auk on üldjuhul pöörlev objekt, siis lähtuvalt teooriast on musta augu pöörlemistelje poolused võimelised mateeriat emiteerima ja sealt lähtuvad teineteisele vastassuundades võimsad kiirgusvood ümbritsevasse ruumi.
See protsess viib musta augu hääbumiseni.
Singulaarsust ümbritseb sündmuste horisont. See on musta augu välimine piir, mille ümber aegruum on lõpmatult kõverdunud. Seda välimist piiri tuntakse ka [[Schwarzschild]]'i musta auguna, kuna saksa astrofüüsik [[Karl Schwarzschild]] arvutas esimest korda välja sündmuste horisondi suuruse. Sama suuruse iseloomustamiseks kasutatakse ka terminit Schwarzschild'i raadius:
:<math>r_s = {2\,Gm \over c^2} ,</math>
kus <math>G\!</math> on [[gravitatsioonikonstant]], <math>m\!</math> on objekti [[mass]], ja <math>c\!</math> on [[valguse kiirus]]. [[Maa (planeet)|Maa]] massiga objekti kohta oleks Schwarzschild'i raadius 9 [[millimeeter|millimeetrit]], niisiis nööpnõelapea suurune.
Sündmuste horisondist seespool lakkavad kehtimast meile tuntud [[loodusseadus]]ed. [[Aeg]] ja [[ruum]] kaotavad mõtte füüsikalises tähenduses ning seal võib esineda kõige kummalisemaid nähtusi. Kaob põhjus-tagajärg printsiip ja valitseb nn. [[kvantgravitatsioon]]. Teoreetilise füüsika uuringud, mis selle valdkonnaga tegelevad, on praegu alles algelised.
Tänapäeva üks kuulsamaid füüsikuid [[Stephen William Hawking]] näitas teoreetiliselt, et mustad augud "auravad". Seda tuntakse Hawkingi kiirgusena. Hawkingi kiirguse käigus tekivad musta augu energiast põhjustatult osakeste paarid, millest üks langeb tagasi musta auku, aga teine osake kiirgub eemale.
On avaldatud ka arvamust, et must auk on värav, mille kaudu on võimalik saada mõnda teise ruumidimensiooni. Samuti on arvatud, et mustad augud on nn. [[ussiauk]]ude sisse- või väljapääsud. Need [[hüpotees|hüpoteesid]] on ilmselt tingitud sellest, et mustade aukude kohta on tänapäevalgi vähe teada.
[[Pilt:singulaarsus.jpg|pisi|Musta augu skemaatiline läbilõige. (<small>''Skeem on pärit lehelt [http://design.lbl.gov/education/blackholes/index.html Black Hole Anatomy] ja seda on lubatud kasutada vastavalt litsentsitingimustele, millega on võimalik tutvuda lehel [http://www.lbl.gov/Disclaimers.html Notice to Users]''.</small>)]]
==Omadused ja ehitus==
[[Juustetuse teoreem]] (''[[no-hair theorem]]'') väidab, et kui must auk on pärast tekkimist jõudnud stabiilsesse olekusse, siis tal on ainult kolm sõltumatut füüsikalist omadust: [[mass]], [[elektrilaeng]] ja [[impulsimoment]].<ref name="HeuslerNoHair">[[Markus Heusler]]. [http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-1998-6/download/lrr-1998-6Color.pdf Stationary Black Holes: Uniqueness and Beyond]. – ''[[Living Reviews in Relativity]]'', 1998, kd 1, nr 6. [http://web.archive.org/web/19990203021646/http://www.livingreviews.org/Articles/Volume1/1998-6heusler/ Arhiiviversioon]</ref> Kaks musta auku, millel nende suuruste väärtused langevad kokku, on eristamatut, kui ei rakendata [[kvantmehaanika]]t.
Need omadused on erilised, sest need on väljastpoolt musta auku nähtavad. Näiteks tõukub laetud must auk samamärgilistest laengutest nagu iga laetud keha. Samamoodi võib musta auku sisaldava sfääri sees paikneva kogumassi kaugelt leida [[Gaussi seadus]]e gravitatsioonilise analoogi järgi ([[ADM-mass]]).<ref>[[Sean Carroll|Sean M. Carroll]]. ''Spacetime and Geometry'', Addison Wesley 2004, ISBN 0805387323, lk 253.</ref> Ka impulsimomenti saab kaugelt mõõta, kasutades [[gravitoelektromagnetism|gravitomagnetvälja]] [[Lense-Thirringi efekt]]i.
Kui keha langeb musta auku, siis mis tahes informatsioon keha kuju kohta või laengujaotuse kohta sellel on musta augu sündmuste horisondil ühtlaselt jaotunud ning välisvaatlejate jaoks kadunud. Horisont käitub selles olukorras nagu [[dissipatiivne süsteem]], mis on üsna analoogne süsteemile, mille moodustab elektrit juhtiv hõõrdumise ja [[elektritakistus]]ega elastne membraan ([[membraaniparadigma]]).<ref>[[Kip Thorne|K. S. Thorne]], [[Richard Price|R. H. Price]]. ''Black holes: the membrane paradigm'', Yale University Press [[1986]], ISBN 978-0-300-03770-8.</ref> See erineb teistest [[väljateooria]]test (näiteks elektromagnetism), kus puudub mikroskoopiline hõõrdumine ja vastupanu, sest nad on [[pööratavus|pööratavad]] ([[T-sümmeetria|T-sümmeetrilised]]). Et must auk jõuab lõpuks ainult kolme parameetriga stabiilsesse olekusse, siis pole võimalik vältida, et informatsioon [[algtingimused|algtingimuste]] kohta läheb kaduma: musta augu gravitatsiooni- ja elektriväli annab väga vähe informatsiooni selle kohta, mis musta auku sattus. Kaduma minema informatsiooni hulka kuuluvad kõik suurused, mida ei saa mõõta kaugel musta augu sündmuste horisondist, sealhulgas ligikaudse [[jäävus]]ega [[kvantarv]]ud, nagu summaarne [[barüonarv]] ja [[leptonarv]]. Seda nähtust on hakatud nimetama [[musta augu infokao paradoks]]iks.<ref>[[Warren Anderson|Warren G. Anderson]]. [http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/info_loss.html The Black Hole Information Loss Problem]], Usenet Physics FAQ, 1996.</ref><ref>[[John Preskill|J. Preskill]]. [http://www.theory.caltech.edu/~preskill/talks/blackholes.pdf Black holes and information: A crisis in quantum physics]], Caltech Theory Seminar, 21. oktoober 1994.</ref>
==Viited==
{{viited}}
== Kirjandus ==
* [[Raimo Keskinen]], [[Heikki Oja]], "Musta auku otsimas". Soome keelest tõlkinud [[Ain Ainsaar]], [[Valgus]], [[Tallinn]] [[1983]]
* [[Igor Novikov]], "Mustad augud ja universum". Vene keelest tõlkinud [[Ants Lang]]. [[Valgus]], [[Tallinn]] [[1991]]
* [[Stephen W. Hawking]], "Aja lühilugu: Suurest Paugust mustade aukudeni". Inglise keelest tõlkinud [[Ene-Reet Soovik]] – [[Akadeemia (ajakiri)|Akadeemia]] [[1992]], nr. 12 – [[1993]], nr. 4; peatükid "Mustad augud" ja "Mustad augud polegi nii mustad" – [[1993]], nr. 2, lk. 415–445
* [[Stephen W. Hawking]], "Universum pähklikoores". Tõlkinud [[Henn Käämbre]], järelsõna [[Enn Saar]]. [[Eesti Entsüklopeediakirjastus]], [[Tallinn]] [[2002]]
== Välislingid ==
* [[Tiit Kändler]], [http://www.loodusajakiri.ee/horisont/index.php?id=351 "Mustad augud polegi nii ihnsad"] – [[Horisont (ajakiri)|Horisont]] [[2004]], nr. 5
* [[Piret Kuusk]], [http://www.loodusajakiri.ee/horisont/index.php?id=343 "Kihlveod mustade ja valgete aukude ümber"] – [[Horisont (ajakiri)|Horisont]] [[2004]], nr. 5
* [http://forte.delfi.ee/news/kosmos/stephen-hawking-musta-augu-hupotees-on-mu-suurim-eksitus.d?id=67691351 "Stephen Hawking: musta augu hüpotees on mu suurim eksitus!"] Delfi, 27. jaanuar 2014
[[Kategooria:Astronoomia]]
[[Kategooria:Taevakehad]]
[[Kategooria:Gravitatsioon]]
| 