Mistä mustat aukot on tehty?

[GaryP]

Tämän ketjun herättäminen on aika pelottavaa, mutta antaa palaa.

Aiheena tämä, eli mustan aukko joka pyörii väärään suuntaan:
http://www.avaruus.fi/uutiset/tahdet-sumut-ja-galaksit/vaaraan-suuntaan-pyoriva-musta-aukko-luo-voimakkaat-suihkut.html

Miten on mahdollista sanoa että musta aukko pyörii väärään suuntaan? Eikös toiselta puolelta katsottana pyöritä toiseen suuntaan? Vai onko niin että aukolla on vain yksi sisäänmeno kuten lavuaarin viemärillä? Jos kierrän mustan aukon taakse, mitä näen, oletetaan että taiteilijan näkemyksen mukainen visuaalihavainto olisi edes mahdollista? Joudunko pallomaiselle pinnalle josta "liu'un" toiselle puolelle, vai vetääkö minua jokin voima pintaa vasten levittäen minut läskipinnoitteeksi pitkin tasoa?

Pitikin lukea tuo...

Kari

[Lauri Kangas]

Referenssi pyörimissuunnalle löytyy uutisesta itsestään: "Yleensä aukko ja sitä ympäröivä kiekko pyörivät samaan suuntaan." Nyt siis sinne lavuaariin spiraalina valuva tavara pyörii jostain suunnasta katsottuna myötäpäivään, kun taas musta aukko eli tavallaan se lavuaarin reikä itse pyörii vastakkaiseen. Siitä tulee sitten reippaita törmäyksiä ja suihkut lentelee.

Samalla tavalla esim. Venus pyörii väärään suuntaan, suhteessa kaikkien muiden planeettojen pyörimis- ja kiertosuuntiin.

[GaryP]

Yliannostus kahvia on tänään(kin) tehnyt tehtävänsä luotettavasti. Luin tuosta artikkelista väärinymmärretysti lauseen "Yleensä aukko ja sitä ympäröivä kiekko pyörivät samaan suuntaan"...,  ymmärsin jostain syystä että aukot pyörivät tiettyyn vakiosuuntaan. Kyllähän minä sen luin kokonaan, mutta tämä kohta; "...tulkittiin pyörivän vastakkaiseen suuntaan kuin sen materiakiekko" olisi pitänyt myös lukea kahteen kertaan.


Kiitokset!

Kari

[mistral]

Kvasaarikeskustelusta jäi  tämä sama asia mieltä vaivaamaan. Nimittäin ulkopuolisen näkökulmasta mustan aukon tapahtumahorisontissa aika pysähtyy. Jos aika pysähtyy, niin luulisi pyörimisenkin pysähtyvän, jolloin olisi yhdentekevää kumpaan suuntaan aukko pyörii. Mahtaisiko selitys olla siinä, että  asteittain lähestyttäessä tapahtumahorisonttia, sen aika alkaakin "tikittämään" ja hyvin lähellä horisonttia sen aika kuluisi lähes normaalisti. Vaikea tuota on hahmottaa...

[jussi_k_kojootti]

Kvasaarikeskustelusta jäi  tämä sama asia mieltä vaivaamaan. Nimittäin ulkopuolisen näkökulmasta mustan aukon tapahtumahorisontissa aika pysähtyy. Jos aika pysähtyy, niin luulisi pyörimisenkin pysähtyvän, jolloin olisi yhdentekevää kumpaan suuntaan aukko pyörii. Mahtaisiko selitys olla siinä, että  asteittain lähestyttäessä tapahtumahorisonttia, sen aika alkaakin "tikittämään" ja hyvin lähellä horisonttia sen aika kuluisi lähes normaalisti. Vaikea tuota on hahmottaa...

Avain on tuo "ulkopuolisen näkökulmasta".  Mustalla aukolla, kuten kaikella muullakin, on oma aikansa.

Jos mustaa aukkoa kiertävästä avaruusaluksesta tiputetaan kello kohti aukkoa (tässä voi olla helpompi kuvitella jättiläismäinen aukko, jolloin reuna-alue ei ole yhtä "jyrkkä" kuin vaikkapa tähdenmassaisella aukolla), niin avaruusaluksesta tarkkailtaessa kellon näyttämä aika hidastuu sen lähestyessä tapahtumahorisonttia.  Näytön sekuntilukema siis hidastuu, :52 -> :53 kestää ulkopuolisen mielestä kauemmin kuin :51 -> :52, ja lopulta sekuntinäyttö pysähtyy näyttämään jotain lukemaa, eikä seuraavaa sekuntia enää tule.  Tosin samaan tahtiin hidastumisen kanssa näytöstä lähtenyt valo myös punasiirtyy, ja kello katoaa näkyvistä ennen "viimeistä" sekuntilukemaa.

Kello itse ei huomaa kumpaakaan näistä efekteistä.  Se jatkaa tippumistaan kohti singulariteettia, sekunnit tikittävät "ihan tavallisesti", eikä tapahtumahorisontin ylittämistä havaitse mistään muusta kuin siitä, että sen jälkeen kaikki yritykset muuttaa suuntaa *vauhdittavat* joutumista singulariteettiin (vapaan putoamisen rata on pisin reitti tapahtumahorisontin ja singulariteetin välillä).

Pyörivällä aukolla on kaksi horisonttia, tapahtumahorisontti sekä niin sanottu stationäärisyysraja, joka sivuaa tapahtumahorisontia aukon navoilla, mutta on hieman tapahtumahorisontin ulkopuolella (ts. kauempana singulariteetista) aukon ekvaattorilla.  Näiden kahden ellipsoidin väliin jäävää tilaa kutsutaan ergosfääriksi, jossa mikään ei voi pysyä paikallaan (stationäärisenä), vaan liikkuu aukon pyörimissuuntaan.

"Syynä voimakkaisiin suihkuihin saattaa olla väärään suuntaan pyörivien mustien aukkojen kyky kerätä itseensä erittäin tehokkaasti kaikki lähelle tuleva kaasu. Tämän ansiosta suihkut synnyttävillä magneettikentillä olisi tavallista enemmän tilaa voimistua."

Jaaa .... noinko se oiskin, minä luulin jo ymmärtäneeni artikkelin "viestin" ennen kuin pääsin tähän asti :-)

Ergosfääristähän voidaan "varastaa" mustan aukon pyörimisenergiaa liikemäärämomenttia.  Muistaakseni Ursan julkaisussa "Mustaa aukkoa etsimässä" heitettiin aukkoon pari kumisaappaita.  Kun tulokulma ergosfääriin on sopiva käy niin että toinen saapas tippuu tapahtumahorisontin läpi ja toinen tulee ulos _suuremmalla_ nopeudella kuin millä se sinne heitettiin.  

Arjen törmäyksiin rinnastaen tuntuisi että mikä tahansa mitä tapahtuu samoihin suuntiin pyörivien kertymäkiekon ja mustan aukon välillä tapahtuu paljon voimallisemmin jos pyörimissunnat ovat vastakkaiset.  Koska väärään suuntaan pyörivän aukon ergosfääriin joutuva aines vaihtaa pyörimissuuntaansa silmänräpäyksessä --> kyse ei siis ole EDES täydellisen epäelastisesta törmäyksestä mustan aukon massan ja sitä huomattavasti pienimassaisemman kertymäkiekon osan/osien välillä, vaan väärään suuntaan pyörivään ergosfääriin putoava aines kokee vieläkin radikaalimman, "matemaattisen" törmäyksen: pyörimissuunta vaihtuu, piste.  Jolloin voisi kuvitella että suihkuihin päätyvä aines on vastaavasti energeettisempää?  Taitaa kuitenkin olla sunnuntain tuhlaamista rinnastella ergosfääriä ja klassista kinematiikkaa. :-)

Edit:  pyörimisenergia on vähän eri juttu, vaikka kaipa tuo puhekielen tarkkuudella ois menny ....

[Kaizu]

Kello itse ei huomaa kumpaakaan näistä efekteistä.

Itse asiassa kyllä huomaa. Taakseen katsoessa kello näkee muun maailmankaikkeuden tulevaisuuden vilahtavan ohi yhdessä hetkessä äärimmilleen sinisiirtyneenä.

Pyörivällä aukolla on kaksi horisonttia, tapahtumahorisontti sekä niin sanottu stationäärisyysraja, joka sivuaa tapahtumahorisontia aukon navoilla, mutta on hieman tapahtumahorisontin ulkopuolella (ts. kauempana singulariteetista) aukon ekvaattorilla.  Näiden kahden ellipsoidin väliin jäävää tilaa kutsutaan ergosfääriksi, jossa mikään ei voi pysyä paikallaan (stationäärisenä), vaan liikkuu aukon pyörimissuuntaan.

frame-dragging effect taitaa vielä olla todentamista vailla oleva satuolento elikkä vielä voi ergosfäärissä liikkua samaan- tai eri suuntaan kuin mihin aukko pyörii, pääasia että liikkuu. Manu joskus sanoi että päämäärä ei ole tärkeää, liike on.

Kaizu

[jussi_k_kojootti]

frame-dragging effect taitaa vielä olla todentamista vailla oleva satuolento elikkä vielä voi ergosfäärissä liikkua samaan- tai eri suuntaan kuin mihin aukko pyörii, pääasia että liikkuu. Manu joskus sanoi että päämäärä ei ole tärkeää, liike on.

Ilman frame-draggingia ei ole myöskään ergosfääriä (Kerrin metriikassa), ergo, joko liikkuu samaan suuntaan tai sitten ei liiku ollenkaan?

[mistral]

Ergosfääristähän voidaan "varastaa" mustan aukon pyörimisenergiaa. 

Jos mustassa aukossa aika on pysähtynyt (meidän näkökulmasta), silloin se ei koko olemassaolonsa aikana ole ehtinyt pyörähtämään yhtään kierrosta, joten sen antama pyörähdysenergia on nolla. Sensijaan se materia, mikä ei vielä ole ehtinyt horisonttiin saakka pyörii jollakin kehänopeudella ja sillä on pyörähdysenergiaa joka voisi kenties aiheuttaa kvasaarin suihkut. Tosin lähellä horisonttia pyörähdysenergia heikkenee sitämukaa kun aika hidastuu, joten riittääkö tämä energia synnyttämään niin energiset suihkut vai tuleekohan energia jostakin muualta?

[jussi_k_kojootti]

Jos mustassa aukossa aika on pysähtynyt (meidän näkökulmasta)

Näin ei ole.   Sama teoria jonka perusteella sanomme että "mustaan aukkoon tippuvan kappaleen aika näyttää ulkopuolelta katsottuna hidastuvan" kertoo meille että "tippuvan kappaleen kannalta näin ei ole".  Niin ikään sama teoria kertoo että tapahtumahorisontin ja singulariteetin välisessä avaruudessa aika ei ole pysähtynyt (ja että pyörivästä tähdestä syntynyt musta aukko pyörii).

Tosin lähellä horisonttia pyörähdysenergia heikkenee sitämukaa kun aika hidastuu, joten riittääkö tämä energia synnyttämään niin energiset suihkut vai tuleekohan energia jostakin muualta?

"Pyörähdysenergia" eli mustaan aukkoon putoavan materian kulmanopeus ei pienene ainakaan nyt puheena olleiden relativististen efektien seurauksena.  Pikaisesti haeskelemalla löytyi tällainen artikkeli, jossa esitettäneen että lähellä horisontia magneettikentän vaikutuksesta kulmanopeus pienenisi -- en tiedä miten tiedeyhteisö on ottanut idean vastaan.

[mistral]

Näin ei ole.   Sama teoria jonka perusteella sanomme että "mustaan aukkoon tippuvan kappaleen aika näyttää ulkopuolelta katsottuna hidastuvan" kertoo meille että "tippuvan kappaleen kannalta näin ei ole".  Niin ikään sama teoria kertoo että tapahtumahorisontin ja singulariteetin välisessä avaruudessa aika ei ole pysähtynyt (ja että pyörivästä tähdestä syntynyt musta aukko pyörii).

Harrastelijana olen vain ymmärtänyt, että  nanosekunti mustassa aukossa vastaa biljoonaa vuotta maassa. Tämä oli havainnollistus, eli tarkoitan sitä, että yhden kierroksen pyörähtämiseen mustassa aukossa kuluisi maassa ikuisuus. En tiedä sitten olenko ymmärtänyt oikein, asia ei  ehkä ole näin simppeli.

[Kaizu]

Suhteellisuusteorian aikadilataatio aikaan saa sen että aukkoon putoava kello näyttää pysähtyvän samalla kun häviää.
Vaikka kellon oma subjektiivinen aika kulkisi ihan normaalisti niin kellon viimeiset nytkähdykset tapahtuvat meidän kannaltamme maailmanlopun aikoihin. Samoin jos kello keksii jakaantua osiksi joista osa menee mustaan aukkoon ja osa palaisi kovemmalla vauhdilla ihmisten ilmoille niin nämä osatkin palaisivat joskus hamassa tulevaisuudessa. Niiden osien mielestä aikaa ei olisi kulunut kuin pikku hetki mutta meidän aikamme olisi jo ohi.
Se että mustaan aukkoon putoavan aineen aika meidän kannaltamme hidastuu nollaan tarkoittaa sitä että yksikään musta aukko ei vielä ole valmis eli aukkoon putoava aine ei meidän kannaltamme ole vielä kerinnyt saavuttaa tapahtumahorisonttia.  Lähellä on mutta ei aivan perillä. Kerrin aukot ja muut ovat siis tulevaisuutta.
Tapahtumahorisontin kohdalla suhteellisuusteorian yhtälöt lakkaavat antamasta järkeviä tuloksia. Sillä matematiikalla emme voi laskea mitä tapahtuu horisontin toisella puolella, emme edes sitä onko siellä jotakin singulariteettiä. Me oletamme siellä olevan mutta se ei perustu tietoon.

Kaizu

[mistral]

Jos musta aukko pyorii niin sekin edellyttäisi aikaulottuvuuden olemassaoloa, nolla-aikavaihtoehdossa pyörimisliikkeen energian pitäisi kai olla muuntuneena aika-avaruuden käyrien mutkiksi.

Että tällaista... 

Sekin on kummallista jos ajatellaan että musta-aukko ja neutronitähti pyörii toistensa ympäri niin samaan aikaan tapahtumahorisontin sisäpuolella ei mikään liiku ja kun ollaan ulkopuolella niin ollaan liikuttu kierros neutronitähden ympäri. Eli sisäpuolella ei saa olla liikettä mutta koko systeemi saa liikkua!

[mpietila]

Aika paljon on kaiken kaikkiaan ymmärrys mustista aukoista kasvanut viimeisten muutaman kymmenen vuoden aikana. Lueskelin juuri vuodelta -77 olevaa John Taylorin "Mustat aukot - tuhoutuuko maailmankaikkeus" kirjaa, joka on seissyt pölyttymässä hyllyssäni. Mielenkiintoista (ja hauskaakin  ) luettavaa näin nykytietämyksen valossa. www.finlandiakirja.fi kaupassa näytti ainakin olevan yksi kappale myynnissä. Kannattaa tutustua! 

[Celest1al Sphere]

Pientä pohdiintaa mustien aukkojen tiimoilta:

Avaruus on jännä paikka, se on täynnä kaikenlaista pimeää. Suurin osa avaruudesta koostuu pimeästä energiasta ja -aineesta, ja sitten on vielä näitä mustia aukkojakin. Kaikki on pimeää ja näkymätöntä, mutta silti ihan hurjan tärkeää maailmankaikkeuden kehityksen ja kenties olemassaolon kannalta. Mustilla aukoilla on ollut keskeinen rooli galaksien kehityksessä. Käytännössä kaikista galakseista löytyy ytimestä supermassiivinen musta-aukko, joskaan läheskään kaikissa se ei ole aktiivinen. Lisäksi galaksien ytimien supermassiivisten mustien aukkojen massa on suoraan verrannollinen galaksin massaan (tämä mainittiin eräässä dokumentissa, joka tuli taannoin YLE:n kanavilta), eli jotain hitsin jännää tässä on tekeillä! Galaksien ydinten supermassiiviset mustat aukot ovat epäilemättä syntyneet jo hyvin varhain, ja lisäksi ne ovat myös viimeisiä asioita, joita tässä maailmankaikkeudessa on enää jäljellä kaiken muun aineen jo hajottua. Aika hurjaa!

Ei voi muuta todeta kuin, että on se vaan ihan pimeä juttu!

/Juha

[mistral]

 Uutisesta Matemaattinen todistus: mustia aukkoja ei ole olemassa

Tähden romahtamisen aikana syntynyt Hawkingin säteily kuljettaa osan massasta pois ja hidastaa romahtamista. Nyt tutkijat ovat laskeneet, että tapahtumahorisonttia ja niin sanottua singulariteettia ei tämän takia koskaan ehdi muodostua. Hawkingin säteily ennättää aina viedä riittävästi massaa pois ennen kuin aine tiivistyy mustaksi aukoksi.

Uuden tutkimuksen tärkein ajatus on, että viimeinenkin Hawkingin säteilyn fotoni syntyy jo tähden romahduksen aikana. Tapahtumaan liittyvien valtavien tiheyksien takia aika hidastuu, ja siksi ulkopuolisen havaitsijan näkökulmasta romahdus kestää miljardeja ja miljardeja vuosia.
-----------------------------------------------------

Olen kuullut ennenkin ettei singulariteettia välttämättä ole olemassa mutta uutta on Hawkingin säteilyn vaikutus, että se estäisi materiaa kertymästä tapahtumahorisontin sisäpuolelle. Jos ajatellaan vaikka kahden galaksin törmäystä niin jos niiden keskustoissa olevat mustat aukot sattuvat osumaan toisiinsa, niin luulisi niiden sulautuvan yhteen. Näin niiden massa kasvaisi ihan lyhyessä ajassa ja tapahtumahorisontin halkaisija kasvaisi, mikä edelleen sulkisi sisäpuolelle sellaista massaa mikä aiemmin oli ulkopuolella. Näin ainakin näyttäisi tapahtuvan ja onhan aikojen kuluessa monta galaksia ehtinyt törmätä toisiinsa.