Fekete lyuk

A fekete lyuk a téridő olyan tartománya, ahonnan az erős gravitáció miatt semmi, még a fény sem tud távozni. Félklasszikus szemléltetése szerint olyan égitest, amelynél a felszínre vonatkoztatott szökési sebesség eléri vagy meghaladja a fénysebesség értékét.[1] Azonban a fekete lyukban - az eseményhorizont mögött - nincs valódi égitest: a fekete lyuknak nincs belső szerkezete, kifelé pedig csak a tömege, töltése és perdülete nyilvánul meg (kopaszsági elv).

Nem tévesztendő össze a következővel: Fekete Lyuk.

Létezésüket az általános relativitáselmélet jósolta meg. Fekete lyuk keletkezik akkor, ha egy véges tömeg a gravitációs összeomlásnak nevezett folyamat során egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. Ekkor az anyag összehúzódását okozó gravitációs erő minden más anyagi erőnél nagyobb lesz, s az anyag egyetlen pontba húzódik össze. Ebben a pontban az általános relativitáselmélet szerint bizonyos fizikai mennyiségek (sűrűség, téridőgörbület) végtelenné válnak (lásd: gravitációs szingularitás). A szingularitást körülvevő térrészben a gravitáció olyan erős, hogy onnan sem anyag, sem fény nem szabadulhat ki. A fekete lyuk-tartomány határát két jellegében eltérő módon határozhatjuk meg.[2][3] A közgondolkodásban elterjedtebb eseményhorizontot a teljes téridő ismeretében a végtelenbe elszökni képes legbelső fénysugarak határozzák meg. A látszólagos horizont meghatározásához ezzel szemben nem szükséges ismernünk a teljes megoldást: a látszólagos horizonton belülről kibocsátott fénysugarak a szingularitás irányába indulnak el. Stacionárius fekete lyukak esetén a két meghatározás azonos eredményre vezet, de például a sugárzást tartalmazó Vaidya-téridőben a két meghatározás két különböző felületet eredményez. A fekete lyukon belülre kerülő anyag vagy sugárzás elkerülhetetlenül belezuhan a szingularitásba.

A fekete lyukak létezése mind elméletileg, mind csillagászati megfigyelésekkel jól alátámasztott (például Chandra űrtávcső). Az Eseményhorizont Teleszkóp megfigyelései alapján 2019. április 10-én bemutatták az első képet egy fekete lyukról, melynek előállításához az algoritmust Katie Bouman írta, amely alapján elkészítették a mintegy 900 000 sorból álló program kódolását.[4] A lyuk elnevezés alatt nem a szokásos értelemben vett lyukat kell érteni, inkább a világűr egy részét, ami mindent elnyel, és ahonnan semmi nem tud visszatérni.

Másképpen, a fekete lyuk olyan égitest, mely nagy tömege ellenére elég kicsi, hogy elférjen az általa létrehozott eseményhorizonton belül. Ebben az esetben ugyanis az égitest minden pontja az eseményhorizonton belül van, tehát az eseményhorizonton kívülről nem látható. Meg kell jegyeznünk azonban, hogy a fekete lyuk mérete nem egy jól meghatározott mennyiség. Ezt illusztrálja a következő népszerű észrevétel. A gömbszimmetrikus fekete lyuk eseményhorizontjának sugara egyenesen arányos a fekete lyuk tömegével. A klasszikus sűrűség fogalmunk ugyanakkor arányos a tömeggel és fordítottan arányos a térfogattal. Mivel a fekete lyuk térfogata az eseményhorizont sugarának köbével arányos, a sűrűség fordítottan arányos a tömeg négyzetével, vagyis minél nagyobb tömegű egy fekete lyuk, annál kisebb a sűrűsége. A galaxisok közepén található fekete lyukak sűrűsége összemérhető a víz sűrűségével.[5]