A végtelen Univerzum

A nagy tömegű csillagok, mikor elfogy nukleáris fűtőanyagjuk, hatalmas szupernóva-robbanásokkal fejezik be létüket. Amikor a mag már szinte csak vasból áll, a fúziós folyamatok, az energiatermelés teljesen megáll. Amikor a csillagban még végbemennek a termonukleáris reakciók, a csillag gravitációs ereje és energiatermelése fenntartják azt a kényes egyensúlyt, ami megakadályozza, hogy a gravitáció összehúzza a csillagot. Azonban, amikor a magban elfogy a hidrogén, a csillag elkezdi a vasig terjedő nehezebb elemek felhasználását, a vas fúziója már nem termelne energiát, hanem felhasználná azt. Ezután a csillag magját már semmi sem akadályozza meg abban, hogy összeomoljon, anyaga elfajuljon. A nagy tömegű csillagok esetében az anyag oly mértékű elfajulása megy végbe, hogy végtelenül kicsi elemekre bomlik, és átalakul egy végtelenül sűrű, rendkívül kicsi, dimenzió nélküli objektummá - amit szingularításnak nevezünk. A csillagászok azt feltételezik, hogy az ősrobbanás idején, az ún. Planck-időben, az egész világegyetem összes anyaga is egy pontban, egy szingularításban préselődött össze. Az szinte bizonyos, hogy a fekete lyukak száma meghaladja a csillagok számát, hiszen az ősrobbanás óta rengeteg nagy csillag alakulhatott át fekete lyukká. Azonban ezek vagy magányosan sodródnak az űrben, vagy túlságosan nagyok ahhoz, hogy a belehulló anyagnak "még legyen ideje" energiát kibocsátani, így létezésükről nem tudunk.

A szingularítás körüli gravitációs tér olyan erős, hogy még a fény sem tud belőle távozni. Minden ami egyszer beleesik ebbe a kozmikus kútba örökre elveszett. E tulajdonsága miatt a szingularítás körüli teret, ahonnan a fény sem tud megszökni, fekete lyuknak nevezzük. A fekete lyuk mérete a szingularítás tömegétől függ, minél nagyobb tömegű a szingularítás, annál nagyobb lesz az általa létrehozott fekete lyuk. Azt a távolságot, amely megadja egy adott tömegű szingularítás fekete lyukjának a méretét, Schwarzschild-sugárnak nevezzük. A Schwarzschild-sugár tulajdonképpen a csillagmaradvány eseményhorizontja is egyben, vagyis az a térrész, ahol az események már nem érzékelhetők.

A fekete lyuk és az azt körülvevő anyagkorong folyamatosan kapja az utánpótlást. A fekete lyuk akármit elnyel, ami csak az útjába kerül: gázfelhőket; a szupernóva-robbanások maradékát, amit a csillagóriások ledobnak magukról; de a csillagok külső gázburkát is képes leszippantani, sőt egész csillagokat is szétszaggathat. Ha egy szingularítás egyszer kialakult, a körülötte lévő fekete lyuk egyre csak növekszik. Azáltal, hogy egyre több anyagot szív magába, egyre erősödik a gravitációs mezeje, minek következtében még több anyagot képes elnyelni.

Megfigyelhetjük-e a fekete lyukakat, ha még a foton sem képes belőle távozni, tehát nem láthatjuk őket? A válasz: igen. Bár a fekete lyukakat tényleg nem láthatjuk, a csillagászok viszonylag könnyen meg tudják határozni, hogy hol találhatók. A fekete lyukak megfigyelésénél alapvető elv, hogy nem magát a szingularítást, hanem annak a környezetére gyakorolt hatását figyeljük meg, ugyanis nagyon intenzíven befolyásolják a környező tér, anyag és energia tulajdonságait. (A megfigyelési módokról a következő részben lesz szó.) A fekete lyukak tanulmányozása manapság igen gyorsan fejlődik, mert a Világegyetem jövőjével, vagy a téridőutazással - féregjáratokon keresztül, melyeket fekete lyukakkal hoznak létre - kapcsolatos izgalmas kérdésekre adhat választ.
 

Péterfalvi Gábor