Leiti võimatusuur must auk

Mustad augud on viimasel ajal kuum teema – küll uuritakse, kas need viivad teistesse galaktikatesse, küll pakutakse, et nende kiirgus võib olla üks elu tekkimise algtõukeid.

Pikka aega olid teadlased juba üsna kindlad ühes – kui suured need augud täpselt olla saavad. Avakosmost muidugi inimteaduse saavutused ei heiduta ning nüüd ongi avastatud must auk, mis on suurem kui füüsikateadlased seni võimalikuks on pidanud. Teema on igati meeliköitev ning seega on sellest vaimustatud nii Futurismi ajakirjanik Dan Robitzki kui ka Quanta teadusajakirjanik Natalie Wolchover.

Üle mõistuse mõõtmistulemused
Kogu lugu sai alguse siis, kui gravitatsioonilainete mõõtmiseks ette nähtud aparatuur püüdis kinni kummalised signaalid, mis kuulusid tõenäoliselt mustale augule, mille mõõdud olid kaks korda nii suured kui füüsikute meelest seni üldse võimalik oli. Dan Robitzki tsiteerib Quanta põhjalikku artiklit öeldes, et selleks, et sellise võimsusega signaale anda, pidanuks potentsiaalse musta augu mass ületama meie Päikese massi ligi sajakordselt. Teadlased aga olid sattunud silmitsi probleemiga – kuidas midagi sellist, üldse olemas saab olla?
Üldiselt tekivad mustad augud siis, kui tähe jõud täielikult lakkab ning tekib selle sisselangus. Kuid nähtus saab tekkida vaid siis, kui tähetuuma mass on viiskümmend korda väiksem kui meie Päikese mass. Suurema tuumaga täht muutub ebastabiilseks ja kas hakkab lihtsalt mateeriat lekkima, kuni on muutunud piisavalt väikeseks või siis lõpetab oma eksistentsi suurejoonelise lahvatusega supernoovaks muutudes. Siiski on isegi sel moel täiesti võimalik, et tekivad mustad augud, mis on päikesemassist üle saja kolmekümne korra suuremad. Seda seetõttu, et tuuma kollaps on niivõrd võimas ja pidurdamatu, et selle tagajärjed võivad olla suuremad, kui algimpulss. Näiteks must auk M87*, mida teadlased just aprillis uurisid, on 6,5 miljardit korda massiivsem kui meie Päike.

Kokkupõrge
Teadlased, kes püüavad toimuvat lahti mõtestada, kahtlustavad, et uus kummaline must auk on sündinud kahe väiksema musta augu kokkupõrkest ja omavahelisest ühtesulamisest. Nad oletavad, et universumi eriti tihedas piirkonnas kohtusid ja ühinesid kaks musta auku, millest üks oli umbes kolmekümne kordse ja teine viiekümne kordse päikesemassiga. Kummaline signaal aga tuli sellest, et värskelt ühinenud must auk põrkus veel kolmanda väiksema musta auguga.
„Arvutuste kohaselt, ei ole mitte ühtegi sellises suuruses musta auku olemas, mitte ühtegi,” tsiteerib Wolchover California Ülikooli Santa Cruzi astrofüüsikut Stan Woosleyd. „Kuid loomulikult,” nendib Woosley, „leiab loodus alati endale meelepärase tee.”
Wolchover, keda teema tõeliselt intrigeeris kontakteerus seitsme erineva astronoomia ja astrofüüsika spetsialistiga, kes kõik möönsid, et nad on kuulnud, et LIGO ja Virgo nimelised mõõtesüsteemid olla Aprillist alates kinni püüdnud 22 puhangut kummalisi gravitatsioonilaineid. Mitmed möönsid ka, et see on tõstatanud tugevaid spekulatsioone, et tegemist oli kokkupõrkega, mille üheks osapooleks oli seni veel määramatu suurusega must auk, mille massiks oletatakse olevat enam kui sajakordset päikesemassi. Mõõtesüsteeme haldavad meeskonnad ise lisasid, et nad ei kinnita ega lükka ka ümber sääraste lainete võimalikku tuvastamist.

Tähtede surm: kas must auk või supernoova
Varssavi ülikooli astrofüüsik Chris Belczynski – üks Wolchoveri kirjale vastanuist – kinnitas, et ta oli olnud täiesti kindel, et niivõrd suurt musta auku ei ole võimalik leida. Mehe kindlus oli sedavõrd suur, et ta oli isegi 2017. aastal kolleegidega selle peale kihla vedanud. „Tundub, et selle kihlveo ma siiski kaotan,” nentis Belczynski. „Aga ma ei kurda, kui see on teaduse hüvanguks!” oli mees siiski optimistlik. Astrofüüsiku äärmine enesekindlus oli rajanenud teadmisel, et niivõrd suur must auk ei saa tavapärasel moel mitte kuidagi tekkida.
Wolchover võtab edasi käsile kogu paeluva täheteooria. Tema sõnul on mustad augud – tihedad, paradoksidest tulvil kerad, mille gravitatsioon haarab enesesse kõik (isegi valguse) ja mis moodustuvad oma elujõu minetanud tähtede tuumade kokkutõmbumisel. Kuid mitte alati – nimelt tegid 1967. aastal kolm Jeruusalemma Heebrea Ülikooli füüsikut rabava avastuse – nad leidsid, et kui sureva tähe tuum on väga raske, siis ei teki selles gravitatsioonilist kollapsit, mis muudaks selle mustaks auguks. Selle asemel leiab aset hoopis paari-ebastabiilsuse supernoova nime kandev protsess, mis tähendab, et leiab aset vaid mõne sekundi pikkune megaplahvatus, mis kogu tähe mateeria hetkega hajutab. Järele jääb sisuliselt eimiski. „Täht hajub täielikult ruumi,” kirjutasid teadlased toona.
Paari-ebastabiilsuse supernoova tekib siis, kui tähetuum muutub niivõrd kuumaks, et valgus hakkab iseeneslikult teisenema muutudes elektronide-positronide paarideks. Valguse kiirgussurve oli siiani tähetuuma koos hoidnud, kuid kui valgus muundub mateeriaks, siis toob sellega kaasnev survelangus kaasa tuuma ülikiire kahanemise ning veelgi suurema kuumenemise, mis omakorda kiirendab paaride tekkimist ja tuues seega kaasa pidurdamatu ja kontrollimatu protsessi. Lõpuks muutub tuum nii kummaks, et hapnik süttib. See toob kaasa tuuma sisselangemise lakkamise ning selle asemel toimub väljapoolesuunatud liikumine – plahvatus.
Kui tähetuuma mass on (vähemalt praeguste arvutuste kohaselt, mis põhinevad suuresti Stan Woosley 2002. aastal koostatud teadustööle) vahemikus 65 kuni 130 korda suurem päikesemassist, siis kaob selline täht täielikult. Tuumad, mille mass on umbes 50 kuni 65 päikesemassi, tukslevad, kaotades järjestikuste väiksemate plahvatuste massi, kuni kahanevad nii väikesteks, et paari-ebastabiilsuse tekkevõimalus kaob. Ja just seetõttu ei tohikski normaaljuhul olla olemas musti auke, mille mass jääb 50 kuni 130 päikesemassi vahemikku. „See määralus põhineb otsestel arvutustulemustel,” märgib vahemikud välja töötanud Woosley ise.

Jätkub ajakirjas...