Uutiset

Ovatko mustat aukot oikeasti mustia? Totta vai tarua: viisi väitettä mustista aukoista

Mustat aukot ovat imureita, jotka syövät kaiken ympäriltään, ja niitä pitää pelätä – vai pitääkö sittenkään? Vanhempi tutkija, dosentti Tuomas Savolainen vastaa yleisiin uskomuksiin ihmismieliä kiehtovista ja kammottavista mustista aukoista.

1. Mustat aukot ovat mustia

TOTTA. Väite pitää sikäli paikkaansa, että mustan aukon sisältä edes valo ei pääse pakenemaan, ja siksi se näyttää mustalta. Mustan aukon ympäristö voi sen sijaan olla hyvin kirkas. Ennen kuin materia putoaa mustaan aukkoon, siitä voi vapautua valtavan paljon energiaa, joka näkyy säteilynä. Vaikkapa kun kaasua putoaa mustaan aukkoon, se yleensä muuttuu kiertymäkiekoksi eli kiertää aukkoa spiraalimaisella radalla. Sisäisen kitkan takia kiekko kuumenee, ja se voi säteillä hyvin kirkkaasti paljon suuremmalla teholla kuin mitä esimerkiksi tähdet kykenevät vapauttamaan energiaa. Eli mustan aukon ympäristö voi olla hyvin kirkas, mutta aukko on pimeä eli musta.

2. Mustia aukkoja on kaikkialla

TOTTA. Todella pitkään ajateltiin, ettei tällaisia petoja voi edes olla olemassa. Eli vaikka niiden olemassaolo oli teorioiden avulla osoitettu mahdolliseksi, joku luonnonvoima olisi kyllä estänyt tällaisten omituisuuksien syntymisen. Mutta jo vuosikymmeniä meillä on ollut hyvin paljon todistusaineistoa mustien aukkojen olemassaolosta, ja Yhdysvaltain avaruushallinto Nasan arvion mukaan yksin galaksissamme Linnunradassa on noin sata miljoonaa mustaa aukkoa

Mutta on tässä vähän TARUAKIN: lähimmätkin mustat aukot ovat niin kaukana meistä, ettei niillä ole mitään vaikutusta jokapäiväiseen elämäämme. Maapallon lähin, massaltaan varsin pieni musta aukko sijaitsee Käärmeenkantajan tähdistössä 1 600 valovuoden päässä.

Mustan aukon ympäristö voi olla hyvin kirkas, mutta aukko on pimeä eli musta.

Tuomas Savolainen

Metsähovin radio-observatorio on ollut mukana ottamassa kuvia mustista aukoista. Tuorein, keväällä julkaistu kuva on otettu supermassiivisesta mustasta aukosta Messier 87- eli M87-galaksissa Neitsyen tähdistössä noin 55 miljoonan valovuoden päässä. Se on massaltaan kuuden miljardin Auringon kokoinen.

3. Musta aukko imee kaiken itseensä

TARUA. Varsin yleinen harhaluulo lienee, että mustat aukot ovat jonkinlaisia kosmisia imureita, jotka syövät kaiken ympäriltään. Toki, jos ohittaa tapahtumahorisontin eli mustaa aukkoa ympäröivän rajapinnan, jossa pakonopeus ylittää valonnopeuden ja jonka sisältä tietoa ei pääse enää pakenemaan, silloin paluuta ei enää ole. Ihan kuin muutkin kappaleet, mustat aukot vaikuttavat ympäristöönsä painovoiman kautta, mutta mustan aukon ympäristössä painovoima vain on hyvin voimakasta.

Se puolestaan on TOTTA, että jos galaksin keskustassa olevan mustan aukon ympärillä on vaikkapa tiheä tähtiparvi, missä tähtien radat häiritsevät silloin tällöin toisiaan; niin tähti voi joutua radalle, joka tuo sen niin lähelle mustaa aukkoa, että painovoima vaikuttaa kappaleen eri kohtiin eri voimakkuudella – eli vuorovesivoimat repivät tähden kappaleiksi.

Kuinka lähellä on liian lähellä mustaa aukkoa?

Auringon massa pitäisi puristaa kolmen kilometrin säteen sisään, jotta syntyisi musta aukko. Helsingin päärautatieaseman ja Pasilan aseman etäisyys on noin kolme kilometriä, joten jos saavut pohjoisesta junalla kohti Pasilaa, pystyisit vielä kääntymään takaisin. Mutta Pasilan kohdalla ohitat tapahtumahorisontin, jolloin olet mustan aukon sisällä – eikä sieltä ole enää paluuta.

Mitä sitten tapahtuu, jos putoaa mustaan aukkoon? 

Se riippuu mustan aukon massasta. Esimerkiksi pienen mustan aukon, jotka nekin ovat usean Auringon massaisia, ollessa kyseessä vuorovesivoimat olisivat niin voimakkaat jo tapahtumahorisontin ulkopuolellakin, että olisit muuttunut spagettimaisen pitkulaiseksi jo ennen tapahtumahorisontin ohittamista. Vuorovesivoimilla tarkoitetaan sitä, että painovoima vetää jalkojasi eri voimakkuudella kuin päätäsi, ja jos putoat jalat edellä mustaan aukkoon, jalkasi tuntevat huomattavasti kovempaa vetoa kuin pääsi, joten muuttuisit yhä ohuemmaksi ja ohuemmaksi – ja se olisi sinun loppusi.

Aurinkomme muuttumista mustaksi aukoksi ei tarvitse pelätä.

Tuomas Savolainen

Massiivisempien mustien aukkojen tapauksessa tapahtumahorisontti on paljon kauempana, jolloin et välttämättä kokisi samankaltaista vuorovesivoimien vetoa. Saattaisit jopa ohittaa tapahtumahorisontin sitä erityisemmin huomaamatta. Sieltäkään ei silti pääsisi enää palaamaan ja muuttuisit lopulta spagetiksi myös massiivisessa mustassa aukossa.

4. Aurinko voi muuttua mustaksi aukoksi

TARUA. Tähti voi muuttua mustaksi aukoksi vain, jos se on hyvin massiivinen – ainakin useamman kymmenen Auringon massainen. Aurinkomme muuttumista mustaksi aukoksi ei siis tarvitse pelätä.

Normaalisti tähti tuottaa energiaa fuusioimalla ytimessään vetyä heliumiksi. Hyvin massiivisten tähtien ytimissä lämpötila ja paine nousevat niin korkealle, että myös raskaampien alkuaineiden fuusio käynnistyy ja tähdelle muodostuu sen elämän lopulla rautaydin. Tässä vaiheessa erittäin massiivisen tähden ytimessä fuusioreaktiot lakkaavat, ja ulospäin tuleva säteilypaine ei pysty enää vastustamaan tähden painovoimaa. Tähti muuttuu epävakaaksi, sen sisäosat romahtavat, ja samaan aikaan ulko-osat räjähtävät supernovana taivaan tuuliin.

Romahtavasta sisäosasta voi jäädä jäljelle musta aukko. Auringon massaisilla tähdillä tämä ei kuitenkaan toimi, vaan Auringosta jää mustan aukon sijaan jäljelle hitaasti jäähtyvä valkoinen kääpiötähti, kunhan se on ensin puhaltanut ulkokuorensa avaruuteen. 

5. Mustien aukkojen tutkimuksesta ei ole mitään hyötyä

TARUA. Kuten missä tahansa muussakin avaruuden tutkimuksessa, mustien aukkojenkin tutkimus lähtee ihmisen loputtomasta uteliaisuudesta ymmärtää sitä, miten maailmamme toimii. Mustien aukkojen tutkimus on kuitenkin myös tapa päästä tutkimaan ja testaamaan painovoimaa hyvin voimakkaassa painovoimakentässä, mikä ei ole mahdollista maapallolla.

Mustien aukkojen tutkimus voi vastata tutkijoita askarruttavaan kysymykseen, toimiiko Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria kaikissa olosuhteissa. Tähän mennessä näyttäisi toimivan, mutta tiedämme myös sen, ettei yleinen suhteellisuusteoria voi olla lopullinen teoria painovoimasta, koska se ei pelaa yhteen kvanttimekaniikan kanssa. Kvanttimekaniikka kuvaa asioita äärimmäisen pienessä eli atomien mittakaavassa, mutta se ei toimi yleisen suhteellisuusteorian kuvaamassa kaarevassa aika-avaruudessa. Jotta meillä olisi täydellinen ymmärrys siitä, miten painovoima toimii; eli minkälainen voima se on, meidän täytyy pystyä yhdistämään kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria. Tämä ei ole fyysikoilta onnistunut pitkällisestä yrityksestä huolimatta vieläkään. Musta aukko on mahdollinen laboratorio, josta voi yrittää saada vihjeitä siihen, miten yleistä suhteellisuusteoriaa pitäisi mahdollisesti muuttaa. Mustien aukkojen tutkimuksesta on siis hyötyä fundamentaaliselle fysiikan ymmärrykselle, jolla sitten taas tietysti voi olla kaikennäköisiä sovelluksia kaukaisessa tulevaisuudessa.

Mustien aukkojen tutkimuksesta syntyy myös uutta teknologiaa. Koska tähtitieteessä pyritään tekemään aina vaan haastavampia havaintoja, se edellyttää aina myös teknologiakehitystä. Ja tähtitieteestä tulee usein keksintöjä, jotka päätyvät myös jokapäiväiseen käyttöön. Hyvä esimerkki radioastronomian puolelta on wifi eli langaton verkko. Osa sen keskeisistä patenteista sai ensin alkunsa radio-observatoriolla Hollannin Westerborkissa ja sitten niitä jatkokehitettiin vielä australialaisessa radiofysiikan tutkimuslaitoksessa. Eli ei voi sanoa, etteikö mustien aukkojen tutkimuksesta olisi hyötyä, koska sen yhteydessä syntyy käytännön keksintöjäkin – vaikka sitten vähän sattumalta.

Aalto-yliopiston Metsähovin radio-observatorio sijaitsee Kirkkonummella. Kuva: Aalto-yliopisto / Ira Matilainen

Metsähovin radio-observatorio mukana mustien aukkojen salaisuuksien paljastamisessa

Aalto-yliopiston Metsähovin radio-observatorion teleskooppi Kirkkonummella on mukana kansainvälisessä teleskooppien ryhmässä tutkimassa mustia aukkoja.

Uutiset
Teleskooppiverkoston ottama kuva galaksin M87 mustan aukon varjosta ja suihkusta.

Tähtitieteilijät kuvasivat ensimmäistä kertaa yhtä aikaa mustan aukon varjon ja aukon synnyttämän suihkun galaksin Messier 87 ytimessä

Kansainvälinen tutkijaryhmä on kuvannut ensimmäistä kertaa uusien millimetriaallonpituuksilla tehtyjen havaintojen avulla sekä mustan aukon ympärillä olevan rengasmaisen rakenteen – joka paljastaa aineen putoavan mustaan aukkoon – että voimakkaan suihkun Messier 87 -galaksin ytimessä. Ryhmässä on mukana myös Aalto-yliopiston tutkijoita.

Uutiset
Kuva mustasta aukosta

Tähtitieteilijät ottivat ensimmäistä kertaa kuvan mustasta aukosta

Aalto-yliopisto osallistui käänteentekeviin havaintoihin jättimäisestä mustasta aukosta Messier 87 -galaksin ytimessä.

Uutiset
Tuomas Savolainen

Mustan aukon kuvaajille miljoonapalkinto – Tuomas Savolainen yksi palkituista

Tieteen Oscareiksi kutsuttu Breakthrough Prize in Fundamental Physics jaetaan tänä vuonna 347 tutkijalle, jotka onnistuivat ensimmäistä kertaa historiassa kuvaamaan supermassiivisen mustan aukon ja sen varjon.

Uutiset
Avaruus2

Mikä on musta aukko?

Miksi mustan aukon tutkiminen on tärkeää? Lue lisää Event Horizon Telescope -hankkeesta kysymyksiä ja vastauksia -palstalta.

Uutiset
Tommi Tenkanen istuu suuren puisen neuvottelupöydän päässä ja pitelee kädessään raketin pienoismallia.

Maailmankaikkeuden mysteerien äärellä – matkalla mustaan aukkoon

Mustat aukot ovat aika-avaruuteen puhjenneita pohjattomia reikiä, jotka kätkevät sisäänsä universumin mittaisia arvoituksia. Aalto-yliopiston Metsähovi tuottaa mustien aukkojen tutkimukseen ainutlaatuista havaintodataa.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Shankar Deka on sähkötekniikan ja automaation laitoksen apulaisprofessori.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Robotiikka tarvitsee turvallisia käyttäytymismalleja

Robotiikka ja autonomiset järjestelmät kehittyvät nopeasti. Algoritmit, jotka kestävät häiriöitä ja epävarmuustekijöitä järjestelmässä ja ympäristössä, ovat kehityksen kannalta kriittisiä.
kuva puhelimesta ihmisen kädessä
Mediatiedotteet Julkaistu:

Kuinka helpottaa tekstin näpyttelyä puhelimella? Tutkijat loivat ensi kertaa ihmisen tekstinsyöttöä simuloivan tekoälymallin

Malli auttaa ymmärtämään, mitkä tekijät sujuvoittavat ja mitkä puolestaan vaikeuttavat puhelimen näpyttelyä erilaisilla käyttäjäryhmillä.
Tundramaisema, jossa maassa yläosastaan avoimia tutkimuskammioita.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkimus selvitti ilmastonmuutoksen vaikutusta tundralla: lämpeneminen voi lisätä hiilen vapautumista hälyttävästi

Ilman ja maaperän lämpeneminen sekä maaperän kuivuminen lisäsi hiilen vapautumista tundran ekosysteemistä.
Kesäinen Otaniemen rantanäkymä, jossa Aalto-yliopiston logo ja tapahtuman nimi sekä VTT:n ja Avoimen tieteen logot.
Kampus, Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 järjestetään Aalto-yliopistossa

Avoimen tieteen kesäpäivät pidetään Aalto-yliopiston Otaniemen kampuksella ja Zoomissa 3.–4.6. Ilmoittauduthan 3.5. mennessä!