Mustat aukot & valkoiset aukot: eivät todellisia aukkoja (mutta ehdottomasti kosmisia kuriositeetteja!)

Olkaamme täysin selviä: toisin kuin niiden hieman harhaanjohtavat nimet antavat ymmärtää, eivät mustat aukot eivätkä valkoiset aukot ole kirjaimellisia "aukkoja". Sen sijaan ne ovat kohteita (tai valkoisten aukkojen tapauksessa hypoteettisia ilmiöitä), joille me ihmiset olemme antaneet iskevät, väriteemaiset nimet. Miksi? Koska tähtitiede rakastaa hieman runollista ilmaisua!

Mustat aukot: eivät aukkoja, vaan ultra-tiheitä kohteita

Termi "musta aukko" saattaa antaa vaikutelman kosmisesta viemäristä, joka imee kaiken sisäänsä, mutta se on oikeasti supertiheä fyysinen kohde. Kuvittele pakkaavasi kokonaisen tähden massa (tai useita tähtiä, jos olet kunnianhimoinen) niin pieneen tilaan, että sen painovoima estää valon heijastumisen pinnalta—jokainen fotoni, joka on liian lähellä, jää kiinni.

Miksi sitten "musta" nimitys? No, jos valo ei pääse pakenemaan, et näe sitä heijastumassa takaisin—siksi se näyttää mustalta kosmisella taustalla. Entä "aukko"-osa? Historiallisesti ihmiset kuvittelivat, että mikä tahansa, joka voi vangita aineen ja valon, on kuin pohjaton kuilu. Mutta ole huoleti, se ei ole taianomainen portti minnekään; se on fyysinen kohde, jolla on uskomattoman voimakas painovoima.

Valkoiset aukot: "tähtimäiset" kohteet, joita kutsumme aukoiksi

Käännetäänpä asetelma: jos "musta aukko" vangitsee kaiken valon ja aineen, "valkoinen aukko" olisi jotain, joka päästää valoa ja ainetta vapaasti. Mutta tässä on hauska osa: se kuulostaa vain tähdeltä—hohtavalta kaasupallolta, joka säteilee energiaa ulospäin. Voisimme todellakin teeskennellä, ettemme tiedä, mistä putoava aine (eli kosminen polttoaine) tuli, ja vain sanoa, että se sylkee energiaa. Boom: näin tähdet käytännössä toimivat.

Formaalissa teoreettisessa fysiikassa "valkoinen aukko" on pidetty hienostuneena vastineena mustille aukoille (jotka syntyvät tietyistä matemaattisista ratkaisuista), mutta todellisen elämän analogi on vain mikä tahansa loistava tähti, joka säteilee energiaa. Ei tarvita eksoottista fysiikkaa—ei ulottuvuuksien välistä leipomoa, joka jakaa loputtomia croissantteja.

Kosminen "leipomo"-vertailu (mutta pidetään pimeä energia poissa tästä)

Ihmiset vertaavat usein hypoteettista valkoista aukkoa leipomoon, joka taianomaisesti tuottaa ilmaisia leivonnaisia ilman, että taikinaa koskaan tulee sisään. Se on ihana (ja nälkää herättävä) mielikuva, mutta se sopii paremmin käsitteeseen pimeä energia—joka on täysin eri kosminen ilmiö (tai kosminen croissantti), jota emme aio sekoittaa tähän. Pidämme vitseistämme, mutta pidetään ne järjestyksessä.

Todellisuudessa tähdellä (energian antajalla) on sisäinen "varasto" polttoainetta—vetyä, heliumia ja niin edelleen—joten se ei luo energiaa ex nihilo. Käännös: se ei ole leipomo ilman jauhoja; se on hyvin varusteltu kosminen keittiö. Siksi valkoinen aukko puhtaassa teoreettisessa merkityksessä on enemmän matemaattinen kuriositeetti kuin jokapäiväinen astrofysikaalinen kohde.

Miksi tämä on sekä hulvatonta että äärimmäisen tärkeää

Komedia: Me ihmiset olemme taipuvaisia antamaan dramaattisia nimiä löytämillemme asioille. "Mustat aukot" eivät ole todellisia aukkoja, "valkoiset aukot" saattavat olla vain hassu tapa kuvata loistavia kohteita kuten tähtiä, ja "pimeä energia" saattaa joutua leipomovertausten sekaan. Astronomit ovat teatraalisia—odota vain, kun kuulet "spaghettifikaatiosta."

Tärkeys: Näiden kosmisten faktojen ymmärtäminen selkeyttää Universumia. Kun ymmärrämme mustat aukot tiheinä taivaankappaleina—ei fantasiaportteina—ja valkoiset aukot pohjimmiltaan teoreettisina energianlähteinä (käytännössä tähtien kaltaisina), voimme keskittyä todelliseen tieteeseen: mitata gravitaatioaaltoja, ottaa kuvia mustien aukkojen silueteista ja ratkaista suuri palapeli siitä, miten energia liikkuu kosmoksessa.

Lopuksi: Tässä tarinassa ei ole oikeita aukkoja

Lopulta mustat aukot ovat ultrakompakteja, gravitaatiovoimaisia kohteita, jotka eivät päästä valoa ulos, ja valkoiset aukot (kuten teoria todella kuvaa) ovat enemmän hienostuneita matemaattisia tähtiä kuin todellisia aukkoja. Rakastettu "leipomovertauksemme" saattaa saada sinut ajattelemaan pimeää energiaa, mutta se on erillinen kosminen ilmiö.

Joten kyllä, mustilla aukoilla ja valkoisilla aukoilla saattaa olla harhaanjohtavat nimet, mutta ne näyttävät Universumin ääripäiden lumoavan kaksinaisuuden: aine suljettuna sisään vs. energia säteilemässä ulos. Eikö se olekin täydellinen kosminen komedia? Ratkaisemme Universumin suurimmat mysteerit vain huomataksemme, että "aukko" oli koko ajan vain kielikuva. Tiede voi olla suorastaan hauskaa—ja siksi se on niin tärkeää.

Lisälukemista & kosmisia sanaleikkejä

• Event Horizon Telescope: Todelliset kuvat mustista aukoista (katso, äiti—ei valoa heijastumassa!)
• LIGO Scientific Collaboration: Gravitaatioaallot törmäävistä "ei-aukoista"
• Perus tähtifysiikka: Mikä tahansa tähti on pohjimmiltaan "valkoinen aukko" isolla ydinkeittiöllä
• Pimeä energia: Universumin pohjaton "leipomo", mutta pidetään se erillään!