Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


A fekete lyukak szerkezete és bomlása

 Szabó Gábor: Fekete lyuk belső szerkezetének feltárása Einstein relativitáselmélete és a gravitációs hullámok észlelése alapján

 MTA Info - RE: Összegzés a "Fekete lyukak szerkezete és bomlási folyamata" témájában

 
Tisztelt Szabó Gábor!

Köszönjük, hogy megosztotta velünk a gondolatait.

Üdvözlettel,

MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA TITKÁRSÁG 
KOMMUNIKÁCIÓS FÕOSZTÁLY 
SECRETARIAT OF THE HUNGARIAN ACADEMY OF SCIENCES 
DEPARTMENT OF COMMUNICATIONS
H-1051 Budapest, Széchenyi István tér 9. (H-1245 Budapest, Pf. 1000) / Phone +36 1 411 6321
redey.soma@titkarsag.mta.hu
A ma elfogadott elmélet szerint a fekete lyukak a nagy tömegű csillagok összeomlása nyomán jönnek létre. A nagy tömegű csillag anyaga az összeomlása során belülre kerül az úgynevezett eseményhorizonton, azon a felületen, amelyen a szökési sebesség eléri a fénysebességet. Ezen határon belül semmilyen fizikai hatás nem juthat ki, még a fény sem.

„A detektorok által érzékelt gravitációs hullámok forrása két fekete lyuk összeütközése és összeolvadása volt egy a Földtől 1,2 milliárd fényévnyire lévő galaxisban. Az eredeti fekete lyukak tömege 29, illetve 36 naptömeg volt, az összeolvadásukkal keletkezett objektumé azonban csak 62 naptömeg.”[1]

A fekete lyukak összeolvadásának következtében létrejövő gravitációs hullámok észlelése, alkalmassá tette a lyukak belső szerkezetének meghatározását. Az észlelés során négy meghatározó fizikai tény bizonyosodott be:

1.      A fekete lyukak fizikai anyagból álló tömeggel rendelkeznek.

2.      Az összeütközés során jelentős tömegveszteség állt elő.

3.      Az összeolvadás gravitációs hullámot indított el.

4.      A gravitációs hullám fénysebességgel terjed.

Az első pont a különböző olyan feltételezéseket cáfolta, hogy ezek átjárók lennének egy másik univerzumba, féregjáratok lennének és nem pedig tömeggel rendelkező égitestek.

A második pont azt bizonyította, hogy különleges esetekben az eseményhorizont alól távozhat anyag, információ, energia.

A harmadik pont a vákuumon keresztülható téridő hullámok létét bizonyította be, a negyedik ennek a sebességét határozta meg.

 

Az eseményhorizont fogalmának kritikája

A fizika jelen meghatározása szerint az eseményhorizont mögött a fény szökési sebessége nagyobb a fénysebességnél. A relativitáselmélet szerint lehetetlen, hogy valami gyorsabban haladjon a fénynél, ezért az eseményhorizonton kijutni bármilyen anyag, vagy sugárzás (pl. fény) számára lehetetlen.[2] Ezt a meghatározást szeretném módosítani.

 Elméletem szerint az eseményhorizont az a gömbfelület, amelynek a fekete lyuk felszínétől mért távolságában az égitest gravitációja eléri azt az értéket, amely megállítja az időt.

 

Első kozmikus sebesség a Földön:

{v_{\mathrm{K}1}=\sqrt{G\frac{M}{R}}}\,\!

ahol

M – az égitest tömege,

R – az égitest sugara,

G – a gravitációs állandó

 G = \left(6,67384(80) \plusmn 0,0008 \right) \times 10^{-11} \ \mbox{m}^3 \ \mbox{kg}^{-1} \ \mbox{s}^{-2} \,

 

Az eseményhorizont meghatározása

 

  A G értéke egyezik meg a fénysebességgel meg az eseményhorizonton a jelenleg használatos elmélet szerint. A fotonnak nincsen tömege (legalábbis a fotonelmélet még nem eléggé letisztázott, általában nem számolunk a fénnyel, mint anyaggal), a fényt az energiájával, hullámkomponensével jellemezzük. Ettől kezdve a fekete lyuk tömegének gravitációja nem hathatna rá. Merthogy az anyagtalan tér és idő összessége, hogyan hat az anyagtalan fényre. Ezt az ellentmondást oldottam fel azzal, hogy a rendkívüli gravitációs érték az időt állítja meg, a relativitáselméletnek megfelelően, így jön létre az eseményhorizont a fekete lyuk körül.

 Elgondolásom szerint, a relativitáselméletből következőleg, az időt a gravitáció lassítja. A fekete lyuk eseményhorizontja ott van, ahol az időt a gravitációs állandó megállítja. A G gravitációs állandó mértékegységből következőleg, amikor az idő olyannyira lelassul, hogy megáll, akkor „sec” értéke nulla. Ezáltal a gravitációs állandó törtjének értéke végtelenné válik, létrejön a szingularitás. A végtelen nehézségi gyorsulást semmi sem lépheti túl. Így jön létre az eseményhorizont.

Az eseményhorizont alatt, az égitest felszínéig, mivel a fény csak időben tud terjedni, hiszen sebessége van, az idő meg áll, így sötétség van. Ugyanígy a hőmérséklet is abszolút nulla fok, hiszen a hőmérséklethez az atomoknak, vagy részecskéinek rezegnie kellene, ezt meg a hatalmas gravitáció és az álló idő nem teszi lehetővé.

 „A gravitációs erő csökken a mélység függvényében, ezért ha a Föld közepén egy üregben találnánk magunkat, teljesen súlytalanok lennénk. A nyomás azonban nemcsak az adott helyen uralkodó nehézségi erő függvénye; attól a súlytól is függ, amely fölöttünk van alátámasztva.” [3]

A felismerés azon alapszik, hogy a fekete lyuk belsejében, ahogyan felszínétől az égitest középpontja felé haladunk, a gravitáció elkezd csökkenni. Ennek következtében elindul az idő, mint fizikai tényező, amit az óriási gravitációs érték a köpeny anyagában addig blokkolt, lehetetlenné tett.  Az

 E = mc2

 értelmében, mivel megjelenik a fénysebesség, az összesűrűsödő anyagban lévő energia értéke rendkívüli mértékben megnő. Így a középpont felé haladva elérkezünk egy ponthoz, amikor az összeomlott anyag tömege és a fénysebesség négyzete szorzatának értéke, rendkívüli energiasűrűséget hozna létre. Mivel az nem lehet végtelen, az energiasűrűségnek biztosan korláttal kell rendelkeznie, ezért felbomlik az anyag és energiává alakul át. Ennek következtében a fekete lyuk belsejének közepe üreges. Az így keletkezett belső üreget kitöltő energia nagy erővel, fehéren fénylik, mint atomrobbanáskor.

A fekete lyuk rendszere adiabatikusan zárt, az eseményhorizont és az abszolút nulla fokos felszíne következtében nem tud hőt sem felvenni, sem leadni. A fentebb vázolt rendszerben lejátszódó anyag-energiaegyensúly kialakulása nyomán a rendszer entrópiájában belső egyensúlyi állapot áll fenn. Ahogyan növekszik az égitest tömege és külső átmérője a bezuhanó anyag következtében, úgy a belső üreg mérete is növekszik. Amikor rendezetlen anyag kerül a fekete lyukba, akkor növekszik az entrópia, a szabály értelmében hő keletkezik, amelynek kimutatható hőmérsékletnövekedést kell okoznia, valamilyen sugárzási formában kell felszabadulnia. Tanulmányom szerint ez az energiatöbblet az égitest belső üregében jelenik meg.

Mi alkotja az eseményhorizont képét?

Az eseményhorizont alatt a felszínig teljes sötétség van. A kívülről érkező fénysugarak az eseményhorizont felszínére esnek és onnan a megállt idősík következtében nem verődnek vissza. Ezért tökéletesen fekete képet láthatnánk kívülről.

Amikor a gravitációs hullám kimutatása céljából vizsgált esetünkben a két, közel azonos tömegű fekete lyuk, egymás körül való, egyre szűkülő és gyorsuló körkörös mozgása véget ért, ütközött a két test. Az erőhatás következtében felszakadt a két égitest külső köpenye, és a közepükön lévő belső üregből az ott felhalmozódott belső energia kitört. Mivel a két test ebben az időpillanatban még külön-külön lévő tömeggel, így különálló eseményhorizonttal rendelkezett, ezért ki tudott lövellni ez a belső energiacsomag anélkül, hogy az eseményhorizontjuk ezt meg tudta volna gátolni. Az újonnan összeálló, egybefüggő égitest megnövekedett új eseményhorizontja ezt már nem tette volna lehetővé. Így tudott egy villanásnyi idő alatt három naptömegnyi energia eltávozni a két összeolvadó fekete lyukból.

Állításom szerint ezzel az elmélettel nem sérül az a megállapodás, hogy a fekete lyukak eseményhorizontja alól semmi sem távozhat, az észlelt tömegcsökkenés ellenére sem. Ezen kívül érvényes marad a relativitáselmélet is.

 

 

A fekete lyukak felbomlásának folyamata

Vegyünk egy olyan fekete lyukat, amely már hosszabb ideje nem jut anyagutánpótláshoz. A köpenyének anyaga folyamatosan sűrűsödik, az anyagösszeomlás folyamata nem áll le. A belső üregének átmérője eközben csak kis mértékben nő, az egyre sűrűbb anyag gravitációja az időt ugyanúgy csak egy adott pont után engedi megjelenni a belső térben. Viszont a lyuk külső átmérője egyre csökken, a köpeny anyagának keresztmetszete egyre kisebb, vékonyodik, mígnem a fokozódó belső nyomást már nem képes ellensúlyozni, és egy gammavillanás kíséretében szétrobban a fekete lyuk. Ekkor rendkívül sűrű, kisebb - nagyobb anyagdarabok repülnek szét a tér minden irányába. A nagyobb darabokban ugyanúgy létrejön a belső energiamező és a saját eseményhorizontjuk. Viszont ezek nagyobb darabok, a kisebb gravitációs hatásuk miatt, az időt csak a testükön belül képesek megállítani, az eseményhorizont testen belül jön létre. Ez egy instabil állapot, a belső energiamező szétveti rövid időn belül ezt az alakulatot, energiaszétsugárzódás formájában. A kisebb darabok gravitációja eleve nem elég az idő megállításához, ezért azok azonnal gammasugárzássá alakulnak át.

A fenti elmélet alapján stabilan csak akkora fekete lyuk jöhet létre, amelynek gravitációs értéke képes megállítani az időt, a testen kívül. Ennél kisebb fekete lyukak azonnal felbomlanak, szétsugározódnak.

A két következő két cikkben közölt tudományos megfigyelést az észlelők más jelenség okának tulajdonítják. Azonban a megfigyelés az általam felvetett fekete lyukak bomlási elméletét támasztja alá. A cikk a lyukak születéséről beszél, elméletem szerint pedig pontosan ellentétesen, a fekete lyukak bomlási folyamatát észlelték a kutatók.

 

Új elmélet a fekete lyukak születéséről /SWIFT űrteleszkóp észlelése/


„Az utóbbiak követésére specializálódott SWIFT űrteleszkóp észlelései szerint a hosszabb gammavillanások mintegy felénél nem csak egy robbanás jelentkezik. A megfigyelések jelentős részénél az első felvillanást követő öt percen belül is erős aktivitás jelentkezik. Alkalmanként kettő, három, vagy négy nagyobb "utórobbanás" is lehet, amelyek keretében intenzív röntgensugárzás is megfigyelhető. Néhány esetben az első villanás után egy nappal is rögzítettek felfényesedést.

A fenti jelenség eddig a 2005. május 2-án rögzített GRB 050502B jelű gammavillanásnál volt a legfeltűnőbb. Ennek kezdeti intenzív szakasza 17 másodpercig tartott, majd a sugárzás gyengült. Mintegy 500 másodperccel később azonban váratlanul felerősödött a röntgentartományban, méghozzá közel százszor magasabb szintre, mint ahogy korábban jelentkezett. Eddig a SWIFT közel egy tucat gammavillanásnál örökített meg hasonlóan markáns jelenséget, és sokkal több esetben kevésbé feltűnő utóvillanásokat.”[4]

Neutroncsillag zuhant egy fekete lyukba

 „A NASA Swift műholdja 2005. július 24-én egy 40 milliomod másodpercig tartó gammavillanást rögzített, amely a GRB 050724 jelzést kapta. Ez a fent említett rövid villanások közé tartozott, egy halvány utófénylést mégis sikerült megfigyelni, méghozzá az elektromágneses színkép több tartományában. A robbanást követően a röntgen-, az optikai-, az infravörös- és a rádió hullámhosszakon egyaránt jelentkezett sugárzás, ami az események viszonylag pontos rekonstrukcióját tette lehetővé.

A részletes vizsgálat arra utal, hogy a kibocsátott sugárzás jelentős része keskeny nyalábban távozott, a hosszú gammavillanásoknál megfigyeltekhez hasonlóan. Itt azonban nem történt hipernóva-robbanás, sokkal kisebb energiák működtek közre. Edo Berger (Carnegie Observatories) és kollégái a chilei Las Campanas Obszervatórium és a VLA rádióteleszkóp-rendszer segítségével tanulmányozták az utófénylést. Sikerült megállapítaniuk, hogy a jelenség egy 3,5 milliárd fényévre lévő elliptikus galaxis idős peremvidékén történt, ahol elméletileg sok fekete lyuk és neutroncsillag fordulhat elő.


A kataklizma forgatókönyve

Scott Barthelmy (NASA Goddard Space Flight Center) és kollégái vizsgálata alapján az alábbi forgatókönyv szerint zajlottak az események. A kataklizma előtt egy fekete lyuk és egy neutroncsillag egymás körül keringve alkotott kettős rendszert. A páros az általános relativitáselmélet értelmében gravitációs hullámok kibocsátásával fokozatosan mozgási energiát veszített, és a tagok egymástól mért távolsága fokozatosan csökkent. A neutroncsillag idén, júniusban annyira közel jutott a fekete lyukhoz, hogy annak árapály-erejétől szétdarabolódott és egy elnyúlt, rendkívül gyorsan keringő törmelékívet alkotott. Anyagának nagyobb része gyorsan belezuhant a fekete lyukba, ekkor következett be a robbanás. Néhány kisebb darab, csak a következő tizedmásodpercekben jutott hasonló sorsra, ezek hozták létre a röntgen- és optikai tartományban valamivel később tapasztalt felfényesedéseket. A későbbiekben még hosszú perceken, illetve órán át jelentkező sugárzás pedig a visszamaradt kevés ionizált gáztól származhatott.

A fenti magyarázatot alátámasztja, hogy ha két neutroncsillag ütközött volna, a jelenség ennyire nem húzódik el időben, és nincs ilyen erős utófénylés. Az sem ad kielégítő magyarázatot a tapasztaltakra, ha két fekete lyuk találkozott volna. Egy nagytömegű csillag élete végén feltételezett hipernóva-robbanás pedig hosszabb és több nagyságrenddel energikusabb jelenséget okozott volna. Jelenleg csak egyetlen objektum képes egy neutroncsillag szétszakítására, egy fekete lyuk - feltehetőleg egy ilyen egzotikus eseményt sikerült megörökíteni.”[5]

A fekete lyuk szerkezete az eseményhorizonttól a középpontjáig

A relativitás elv fizikai törvénye arról is szól, hogy az anyag energiává tud alakulni, de az energia is tud anyaggá válni. „A magfúzió során két könnyebb atom magja egy nehezebb maggá olvad össze. A folyamatban hatalmas energia szabadul fel, ami a magot összetartó nukleáris erőknek (magerőknek) köszönhető.”[6]

 A fekete lyuk eseményhorizontjához közeledve az égitest felé közeledő anyag szerkezete felbomlik, és felizzik. A fekete lyuk felé haladva a gravitáció gyors, de nem átmenet nélküli megnövekedése következtében az idő fokozatosan áll meg, ezért az eseményhorizont egy előzetes puffer zónával rendelkezik. Ebben a lassuló idő zónájában a felhevült anyag leadja energiatöbbletét, lehűl. Az idő megállásának pillanatában, az eseményhorizonton bemerevedik, abszolút nulla fokot vesz fel, létrejön a szingularitás, a fizika törvényei felfüggesztődnek. Átlép az anyagszemcse, vagy gázatom az eseményhorizonton. Ezek után nem tud a szingularitásba bekerült anyag a felszín felé gyorsulni, hiszen az idő áll, az ennek következtében a matematikailag szükséges végtelen gyorsulási értékkel kellene a testnek a felszín felé gyorsulni. Ez azonban lehetetlen. Így a szingularitás az eseményhorizont és a felszín között a gravitációs hatást megszünteti. Ezért egy laza, súlytalanságban viharosan kavargó, lefelé haladva egyre sűrűbb közegbe kerül bele próbaszemcsénk. Lefelé a fentről behulló anyag tereli. A hőmérséklet abszolút nulla fok. Teljes a sötétség, a fénysebesség nulla, az idő áll, a hullámtermészettel is rendelkező fény nem tud megjelenni. Próbaszemcsénk eléri a szilárd talajt. Ez a fekete lyuk felszíne. A gravitációs állandó csak a felszín és az eseményhorizont között volt felfüggesztve a végtelen értéke miatt, a felszínen azonban rögtön életbe lép, hiszen itt már nincsen gyorsulási folyamat, leért a tükörsima felszínre próbaszemcsénk, amibe azonnal beleolvad.

Induljuk el tovább, a lyuk közepe felé, gondolatkísérlettel. Mivel a felszínen és alatta már szilárd az anyag, csak a sűrűsödése folyik, megjelenik a végtelen értékű gravitációs állandó mértékegységgel. Az idő továbbra is áll, nulla, a gravitáció végtelen értéke következtében, ezért a gravitációs állandó szingularitásban van. A végtelen gravitációs állandó folyamatos összeomlásra kényszeríti az anyagot.

Ahogyan haladunk egyre a középpont felé, lassan elkezd a gravitáció csökkenni, a nyomás pedig nő. Elérjük a negatív eseményhorizontot az égitest belsejében, amelynél a gravitáció csökkenésének következtében megjelenik az idő, mint fizikai tényező. Ekkor elkezd a hőmérséklet nőni, életbe lép az idő megjelenését követően a relativitáselmélet.

E = mc2

Átmeneti gyorsan hevülő szakasz után magfúzió lép fel. A csillagokban normál magfúzió során két könnyebb atom magja egy nehezebb maggá olvad össze. A folyamatban hatalmas energia szabadul fel, ami a magot összetartó nukleáris erőknek (magerőknek) köszönhető. Esetünkben itt nem erről van szó, újabb anyagok nem keletkeznek, csak az anyag alkotóelemei kerülnek egyre közelebb egymáshoz, és préselődnek egymásba. Az anyag összeomlása következtében felszabaduló hatalmas energia a felszín felé nem képes haladni, csak befelé, az égitest középpontja felé képes sugározódni. „A magfúzió már 10-20 millió °C hőmérsékleten is végbemegy, a jelentős energiatermeléshez ennél nagyobb, 50 millió °C körüli hőmérséklet szükséges.”[7] Normál sűrűségen nem indul meg fúzió, hanem csak akkor, ha előzőleg a fúziós anyagot erősen összepréseljük. A fekete lyuk belsejében pontosan ez a folyamat zajlik. Ebben a mélységben, amikor a hőmérséklet értéke lehetővé teszi a fúzió megindulását, akkor az anyag energiává alakul át, fényjelenség kíséretében. Beléptünk a fekete lyuk belső fénykamrájába, ahol rendkívüli nyomás, hőmérséklet és fény tombol. Az Univerzum legforróbb és legnagyobb nyomásértékű pontja lehet, az abszolút nulla fokú fekete lyuk közepe.

Elméletem szerint így néz ki egy fekete lyuk szerkezete.

 

Irodalom

1.       mta.hu: Gravitációs hullámok: egyszerre három világraszóló felfedezés a fizikában

2.       /hu.wikipedia.org/wiki/Eseményhorizont

3.       www.kfki.hu/~cheminfo/hun/teazo/hogyan/h00/fold

4.       Új elmélet a fekete lyukak születéséről/origo.hu/

5.       origo.hu/tudomany/vilagur/20051219neutroncsillag.

6.       nagysandor.eu/AsimovTeka/FusionReactor/DTfusion

7.       users.atw.hu/zmnenlaca/oktatas/16ora/Hbomba.pps

 

Felhasznált egyéb dokumentumok

 

nemzetigeografia.hu/node/2507

levélkonzultáció/ rohan.janos@med.u-szeged.hu/