Tiede

Mustasta aukosta saadaan kuva – suuri arvoitus on yhä, mitä tapahtuu aukkoon päätyvälle aineelle

Aukko vangitsee valon, mutta astrofyysikot saavat sen näkyviin radioteleskoopeilla.

Ihminen uskoo vasta kun näkee, joten kuva mystisestä mustasta aukosta olisi kiva nähdä. Ja kas, sellainen on itse asiassa tekeillä. Kohta voimme nähdä mustan aukon muotokuvan.

Näkemiseen tarvitaan valoa. Miten kuvata kohdetta, joka nielee painovoimallaan valonkin?

Muotokuva syntyy radioaalloilla. Yhdeksän radioteleskooppia kuvaa jo Linnunradan keskustassa olevaa mustaa aukkoa Event Horizon -hankkeessa. Teleskooppeja on Yhdysvalloissa, Chilessä, Espanjassa ja Meksikossa.

Kun tutkijat yhdistävät havainnot eri kaukoputkista, yhteinen erotuskyky vastaa maapallon kokoisen teleskoopin erotuskykyä.

Kohteeksi valitun aukon nimi on Sagittarius A. Sen olemassaolo on varmistettu muiden taivaankappaleiden liikkeistä.

Reinhard Genzelin ryhmä saksalaisessa Max Planck -instituutissa on seurannut Linnunradan keskuksessa olevaa Sagittarius A:ta vuosia. Tarkemmin sanoen ryhmä on seurannut aukon ympärillä kieppuvien tähtien liikkeitä. Samoin on tehnyt yhdysvaltalaisen Andrea Ghezin ryhmä Kalifornian yliopistossa (UCLA).

Genzelin mukaan tähdet kiertävät Linnunradan keskustassa massiivista kappaletta, joka ei lähetä näkyvää valoa. Joten siellä se on!

”Matkaa sinne on noin 26 000 valovuotta. Näkyvä valo katoaa avaruuden pilvissä jo muutaman tuhannen valovuoden matkalla”, astrofyysikko Peter Johansson Helsingin yliopistosta sanoo.

Joten odotetaan radioteleskooppien piirtämää kuvaa. Tietokoneella tehtyjen mallinnusten perustella siinä näkyy hehkuva rengas – kuin sormus, jossa on paksu kohta. Keskellä on mustaa.

”Kuva on tavallaan aukon varjosta”, Johansson sanoo. Hehkuva sormus varjon ympärillä on mustan aukon tapahtumahorisontti, ikään kuin aukon kosketuspinta muuhun avaruuteen. Kaikki tapahtumahorisontin yli tuleva häviää mustaan aukkoon.

Kirkkaammalta näyttävä toinen reuna kertoo, että aukko pyörii.

”Meidän suuntaamme kiertyvä kohta näyttää kirkkaammalta ja vastakkaiseen suuntaan kiertyvä himmeämmältä, aivan Doppler-ilmiön mukaisesti.”

Sama tapahtuu esimerkiksi hälytysajoneuvon huudolle, joka kuulostaa kohti tullessaan korkeammalta kuin poistuessaan.

Mustien aukkojen olemassaolosta tutkijat ovat varmoja ilman muotokuvaakin.

”Mustat aukot eivät ole scifiä”, Johansson sanoo. Niistä saadaan välillisiä havaintoja jatkuvasti. Aukot havaitaan niiden aiheuttaman painovoiman lisäksi röntgensäteistä, joita ne lähettävät ainetta niellessään.

Mustat aukot lihovat eli keräävät lisämassaa vetämällä itseensä ainetta ympäristöstä. Jättiläisgalaksin M87 keskustassa oleva aukko on ehtinyt herkutella. Sen massa on noin kuusi miljardia Auringon massaa ja tapahtumahorisontti Aurinkokunnan levyinen.

Tammikuun alussa Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa kertoi havainneensa pienehkön mustan aukon aiheuttamia näkyvän valon välähdyksiä Joutsenen tähtikuviossa. Niitä syntyy, kun musta aukko kiskoo uumeniinsa tähtiä ja kaasua, jotka kuumenevat ja säteilevät pudotessaan aukkoon.

Tämä aukko oli ollut hiljaa runsaat kaksikymmentä vuotta.

”Suurimman osan ajastaan mustat aukot ovat hiljaisia”, Johansson tarkentaa.

Mustia aukkoja on havaittu ainakin kahdenlaisia.

Galaksien keskustoissa on supermassiivisia mustia aukkoja, jotka ovat syntyneet galaksien alkuaikoina. Ne ovat miljoonia ja miljardeja kertoja massiivisempia kuin Aurinko.

On myös luhistuneista tähdistä muodostuneita pieniä mustia aukkoja, joiden massa on kymmeniä kertoja Auringon massa. Näitä piileksii siellä täällä galakseissa. Niistä ei saada muotokuvia, koska niiden tapahtumahorisontti on niin pieni.

Kolmas ryhmä ovat keskikokoiset aukot, joita voi olla pallomaisissa tähtijoukoissa. Niiden massa on 10 000–100 000 kertaa Auringon massa, ja ne ovat syntyneet ehkä useiden pienempien aukkojen törmäyksistä.

Auringosta ei tule elämänsä lopuksi mustaa aukkoa, koska se on liian pieni. Vain noin joka tuhannes tähti on riittävän massiivinen romahtaakseen mustaksi aukoksi.

Suuri arvoitus on yhä, mitä tapahtuu mustaan aukkoon päätyvälle aineelle. Nykyteorian mukaan aine katoaa. Samalla katoaa sen informaatio eli tieto aineen ominaisuuksista, ja se on iso haaste fysiikalle.

Informaation säilyminen on kvanttimekaniikan keskeisiä lakeja. Musta aukot näyttävät rikkovan sitä.

”Informaatio on karkeasti sanottuna kaikki se tieto, jonka perusteella aineesta voisi rakentaa täydellisen kopion, aivan samanlaisen kuin alkuperäinen”, fyysikko Esko Keski-Vakkuri määrittelee.

Tunnettu fyysikko ja kosmologi Stephen Hawking esitti joulukuussa uuden ajatuksen informaatiopulman ratkaisuksi. Hawkingin mukaan aukkoon pudonneesta hiukkasesta jää jälki tapahtumahorisonttiin, mutta käyttökelvottomassa muodossa.

Tapahtumahorisontti panee fyysikot koetukselle. Siellä kohtaavat painovoimaa käsittelevä suhteellisuusteoria ja hiukkasia käsittelevä kvanttifysiikka, jotka eivät sovi yhteen.

”Mustat aukot ovat fyysikoiden Cooperin testi”, Keski-Vakkuri luonnehtii.

HS Digistä löydät Hesarin juttuarkiston helmet
Saat tilaajana kokeilla HS Digiä maksutta
Tilaajille
Haluatko lukea koko artikkelin?

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      Timo Rautiainen karkotti jo 2000-luvun alussa uusnatseja keikoiltaan, nyt häntä haukutaan ”suvakiksi” – Heviyhtye Trio Niskalaukaus palasi lavoille 13 vuoden tauon jälkeen

    2. 2

      Moni nainen muuttuu ikääntyessään tai lihotessaan toisille näkymättömäksi – sen huomaa, kun kävelee rautatieasemalla väistämättä ketään

    3. 3

      Kaksi vuotta vapaita aukioloaikoja: pääkaupunki­seudulla hypermarkettiin pääsee yölläkin, syrjäisellä Rautjärvellä kunta joutui avuksi kylän viimeisen Siwan mentyä kiinni

    4. 4

      Sairaala kotiutti huonokuntoisen helsinkiläismiehen saastaiseen kotiin, jossa vessa oli tukossa ja jääkaappi tyhjä – apuun hälytetty puolituttu: ”Miten ihmisen voi jättää heitteille näin?”

      Tilaajille
    5. 5

      Vartijoiden armoille jäänyt ”Orléansin neitsyt” kieltäytyi pukeutumasta mekkoon ja pantiin roviolle – Suomennetut pöytäkirjat paljastavat Jeanne d’Arcin oikeusjutun koko raakuuden

    6. 6

      ”Veljeni meni kiusaajan kotiin ja hakkasi tämän perusteellisesti” – Koulukiusatut kertovat HS:lle keinoista, joilla kiusaaminen lopulta päättyi: yllättävän moniin tarinoihin kuului väkivalta

      Tilaajille
    7. 7

      Ammuttu ja loisten vaivaama pohjoiskorealainen loikkari tuli tajuihinsa – Halusi katsoa televisiota

    8. 8

      Tasa-arvon mallimaassa on ristiriita, joka ulottuu koulusta työelämään

      Tilaajille
    9. 9

      Instagram-suosikkitili julkaisee oppilaiden saamat pahimmat Wilma-huomautukset – Soitimme Wilma-viestien asiantuntijalle ja kysyimme, pitääkö tästä olla huolissaan

    10. 10

      Matti Känkänen on tehnyt arkun yli sadalletuhannelle suomalaiselle – ”Ennen oli tehtaalla kiirettä keväisin, kun kesää odottaneet ihmiset kuolivat”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Espoolaiset Vaahtorannat rohkaistuivat rakentamaan kotiinsa valtavan näköalaikkunan – sitten huippupoliitikko puuttui peliin, ja ikkunan alle saatetaan raivata luontopolku

    2. 2

      Moni nainen muuttuu ikääntyessään tai lihotessaan toisille näkymättömäksi – sen huomaa, kun kävelee rautatieasemalla väistämättä ketään

    3. 3

      Äiti hylkäsi uimataidottoman 5-vuotiaan lapsen uimahalliin, lapsi löytyi veden alta lähes viiden minuutin jälkeen – hovioikeus korotti tuomiota

    4. 4

      Kyykky on ihmisen luonnollinen lepoasento, mutta olemme unohtaneet, miten se tehdään – Näin kyykkääminen parantaa kehosi hyvinvointia

      Tilaajille
    5. 5

      Kun Luhta julkisti suunnittelemansa olympia-asut, niitä haukuttiin ”vahvoissa ja ala-arvoisissa viesteissä” karmeimmiksi koskaan – ”Suunnittelijat ottivat palautteen raskaasti”

    6. 6

      Instagram-suosikkitili julkaisee oppilaiden saamat pahimmat Wilma-huomautukset – Soitimme Wilma-viestien asiantuntijalle ja kysyimme, pitääkö tästä olla huolissaan

    7. 7

      Lähes 200:aa Kehä III:lla posottanut mies valitti ajokiellon pituudesta –”Ilman autoa työmatka kestää yli kolme tuntia”

    8. 8

      Venäjä myönsi ”äärimmäisen korkeat” radioaktiiviset saastelukemat

    9. 9

      Naispappeja syrjittiin Suomen suurimmilla kristillisillä nuorten festivaaleilla: ei päästetty pitämään messua, miespapit jättivät tervehtimättä

    10. 10

      Pisa-tutkimus paljastaa uusia huolia Suomen pojista: Nuoret pärjäävät hyvin yhteis­työssä, mutta sukupuolten väliset erot ovat maailman suurimmat – ”Tämä asia pitää ottaa vakavasti”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kyykky on ihmisen luonnollinen lepoasento, mutta olemme unohtaneet, miten se tehdään – Näin kyykkääminen parantaa kehosi hyvinvointia

      Tilaajille
    2. 2

      Suvi Haimi kypsyi muovijätteen määrään kylpyhuoneessaan – syntyi uraauurtava keksintö, joka kiinnostaa jo kansainvälisiä kosmetiikkabrändejä

    3. 3

      Varaslähtö länsi­metroon: astu kyytiin ja kiidä tunnelissa 36 kilometriä idästä länteen – verkko­retki kuvaa reitin kuljettajan silmin ja esittelee jokaisen aseman 360-kuvalla

    4. 4

      Mies vei Saphira-koiransa hoitoon Lohjalle – kun hän meni myöhemmin katsomaan koiraa, löytyi vain tyhjä talo, josta oli lämpöpatteritkin viety

    5. 5

      Tuhat vuotta sitten valtava viikinkiarmeija vyöryi Suomeen ja sai selkäänsä hämäläisiltä – Näin kertoo taru, mutta mitä oikeasti tapahtui?

      Tilaajille
    6. 6

      Husin toimitusjohtaja HS:n mielipidepalstalla: ”En ole koskaan nähnyt Suomen terveyspolitiikkaa niin sekaisin kuin nyt”

    7. 7

      Espoolaiset Vaahtorannat rohkaistuivat rakentamaan kotiinsa valtavan näköalaikkunan – sitten huippupoliitikko puuttui peliin, ja ikkunan alle saatetaan raivata luontopolku

    8. 8

      Turvapaikkapäätöstä odottava Sharif Qaderi potkaistiin ulos ryhmäkodista kun hän täytti 18 vuotta – Sitten itähelsinkiläinen lapsiperhe otti hänet luokseen asumaan

    9. 9

      Hygieniasta löytyy huomautettavaa sadoissa ruokapaikoissa pääkaupunkiseudulla – Katso hakukoneella, miten on kotikulmiesi ravintoloiden laita

    10. 10

      Miksi vaikutusvaltaiset miehet panevat naiset katsomaan masturbointiaan? Asiantuntija vastaa

    11. Näytä lisää
    Uusimmat
    1. Juuri nyt
    2. ”Veljeni meni kiusaajan kotiin ja hakkasi tämän perusteellisesti” – Koulukiusatut kertovat HS:lle keinoista, joilla kiusaaminen lopulta päättyi: yllättävän moniin tarinoihin kuului väkivalta Tilaajille
    3. Matti Känkänen on tehnyt arkun yli sadalletuhannelle suomalaiselle – ”Ennen oli tehtaalla kiirettä keväisin, kun kesää odottaneet ihmiset kuolivat”
    4. Sairaala kotiutti huonokuntoisen helsinkiläismiehen saastaiseen kotiin, jossa vessa oli tukossa ja jääkaappi tyhjä – apuun hälytetty puolituttu: ”Miten ihmisen voi jättää heitteille näin?” Tilaajille
    5. Pian on Slush ja sitä ennen Junction – Suomen startup-huuman taustalla on säätiö, joka yrittää saada väen puhaltamaan yhteen hiileen
    6. Kaksi vuotta vapaita aukioloaikoja: pääkaupunki­seudulla hypermarkettiin pääsee yölläkin, syrjäisellä Rautjärvellä kunta joutui avuksi kylän viimeisen Siwan mentyä kiinni
    7. Kuinka monta miljoonaa euroa länsimetro maksoi? – Tämä ja muita kysymyksiä tänään Uutisgurussa
    8. Meri-Lapin sote-solmu syntyi, kun Sipilän hallitus oli kyvytön tai haluton ennakoimaan irtiottoa
    9. Hiljainen enemmistö teki sekä seksuaalisen häirinnän että rasismin nousun mahdolliseksi olemalla hiljaa ja unohtamalla olevansa enemmistö
    10. Kisa lääkevirastosta paljasti, että Pohjoismaat ovat EU:ssa hajallaan
    11. Vartijoiden armoille jäänyt ”Orléansin neitsyt” kieltäytyi pukeutumasta mekkoon ja pantiin roviolle – Suomennetut pöytäkirjat paljastavat Jeanne d’Arcin oikeusjutun koko raakuuden
    12. Näytä lisää