Siin on füüsika kummalisim töökandidatuur: mees, kelle võrrandid tegid mustad augud mõeldavaks, veetis osa oma karjäärist nende vastu argumenteerides. 1939. aastal võttis Albert Einstein oma üldrelatiivsusteooria ja üritas selle abil tõestada, et mustad augud ei saa olemas olla.
Universum keeldus koostööst. Ühe inimpõlve jooksul jõudsid astronoomid ühe musta augu kaaluda, kuulda kahe kokkupõrget ja lõpuks ühte pildistada. Must auk on piirkond, kus gravitatsioon võidab täielikult – kõik, mis ületab piiri, jääb sinna, ka valgus – ning lugu sellest, kuidas me nendesse uskuma hakkasime, on täis kihlvedusid, kahtlusi ja üht väga hästi paigutatud tärni.
Idee saabus 1784. aasta kirjas
Musta augu varaseim versioon eelnes Einsteinile enam kui sajandi võrra ja see saabus postiga. Inglise astronoom ja vaimulik John Michell arvutas, et Päikese tihedusega, kuid 500 korda suurema raadiusega täht neelaks oma enda tähevalguse: pinnal peaks pääsemiskiirus olema suurem kui valguse kiirus ise. Ta avaldas arvutuse osana kirjast 1784. aastal.
Michelli "must täht" tugines valele füüsikale, kuid jõudis siiski õige ideeni – massini, mis on nii kontsentreeritud, et valgus ei pääse sealt välja. Kulus peaaegu kaks sajandit, enne kui see mõiste lakkas kõlamast matemaatilise naljana.
Valjuhäälseim kahtleja kirjutas võrrandid
Einsteini 1939. aasta katse mustad augud kõrvale heita on üks teaduse suuremaid iroonijaid: teooria, mida ta kaitses, nõudis vaikselt ikka ja jälle nende olemasolu. Asi lahenes – vähemalt matemaatiliselt – 1965. aastal, kui Roger Penrose tõestas, et üldrelatiivsusteooria ennustab iga musta augu sisemuses singulaarsust. Need ei olnud korrastatud sümmeetriliste mudelite juhuslik kõrvalsaadus, mis kaoks korratus tegelikus universumis. Need olid reegel.
See tulemus muutis mustad augud kurioosumist ennustuseks. Puudu oli veel päris must auk, mis ripuks taevas ja mille poole astronoomid saaksid näidata.
Kihlvedu, mida Stephen Hawking lootis kaotada
Näitamine algas Cygnus X-1-st, ägedast röntgenallikast Luige tähtkujus. 1971. aastaks olid mitmed uurimisrühmad üksteisest sõltumatult määratlenud selle esimeseks laialdaselt tunnustatud musta augu kandidaadiks. Objekt keeldus käitumast nagu tavaline täht ja tõendid muutusid üha veenvamaks.
Piisavalt veenev, et selle peale kihla vedada. 1975. aastal sõlmisid Stephen Hawking ja Kip Thorne sõbraliku kihlveo selle üle, kas Cygnus X-1 sisaldab tõesti musta auku – ja Hawking, kes oli aastaid tegelenud mustade aukude teooriaga, vedas teadlikult vastu, et kihlveo kaotamine tähendaks vähemalt füüsika võitu. Ta tunnistas kaotust 1990. aastal, kui vaatlused ei jätnud enam palju kahtluseruumi. Tänapäeval hinnatakse Cygnus X-1 kompaktse objekti massiks umbes 21,2 Päikese massi – objekt, mida ükski meile tuntud tavaline täht ei suudaks seletada.
Mustad augud pole täiesti mustad
Hawkingi lohutusauhind oli kihlveost suurem. 1974. aastal näitas ta, et kvantväljateooria sunnib mustad augud helendama – nõrgalt, nagu must keha, temperatuuril, mille määrab nende pinnagravitatsioon. Seda efekti nimetatakse nüüd Hawkingi kiirguseks ja see tähendab, et must auk võib põhimõtteliselt aeglaselt aurustuda.
Praktikas ei kahane veel ükski neist. Isegi väikseim vaadeldud klass, tähelised mustad augud, neelavad praegu rohkem massi kosmilisest mikrolaine-taustkiirgusest – suure paugu õhukesest järelhõõgumisest – kui nad Hawkingi kiirguse kaudu kaotavad. Raamatupidamine läheb hetkel ainult plussi.
Päev, mil aegruum helises nagu kell
Sada aastat oli iga musta augu tõend kaudne. Seejärel, 2015. aasta lõpus, tabasid LIGO ja Virgo koostööprojektid esimese otsese gravitatsioonilainete tuvastuse – sündmuse nimega GW150914, mis oli ühtlasi esimene kunagi vaadeldud mustade aukude ühinemine.
Signaali peensused on hämmastavad. Kaks musta auku, mis spiraalselt kokku liikusid, olid Päikese massist ligikaudu 30 ja 35 korda suuremad, ning kokkupõrge toimus umbes 1,4 miljardi valgusaasta kaugusel Maast. Aegruumi laine läbis selle vahemaa ja registreeriti siiski siinsete seadmetega. Sellele on järgnenud sadu sarnaseid tuvastusi, kuid GW150914 oli hetk, mil mustad augud lõpetasid vaikimise.
Kahe koletise portreed
Mustade aukude kuulmisest ei piisanud – astronoomid tahtsid ühte näha. 10. aprillil 2019 avaldas Event Horizon Telescope esimese otsese pildi mustast august – supermassiivsest hiiglasest galaktika Messier 87 südames, mis hõõgus nagu söetuha rõngas augu ümber taevas.
Järg jõudis kodule lähemale. 2022. aastal avaldas sama koostööprojekt pildi Sagittarius A*-st, meie oma Linnutee keskmes asuvast mustast august, mis rekonstrueeriti 2017. aastal kogutud andmete põhjal. Kaks portreed, kaks galaktikat, üks ja seesama füüsika – seni tugevaim visuaalne tõend selle kohta, et sündmustehorisondid on päris kohad, mitte teoreetiline raamatupidamine.
Raskekaallane naabruskonnas
Esimene pilt Sagittarius A-st, mille jäädvustas Event Horizon Telescope'i koostööprojekt. Foto: EHT Collaboration, Wikimedia Commons, CC BY 4.0*
Sagittarius A* on must auk, mida me kõige paremini tunneme, ja arvud on imekombel täpsed. Selle mass on 4,297 miljonit Päikese massi, määratud täpsusega kuni 0,012 miljonit – nii täpne arvestus, et see meeldiks isegi pangale. See asub umbes 26 000 valgusaasta kaugusel ja selle mõõdetud suurus on läbimõõdult 51,8 miljonit kilomeetrit ehk umbes 32,2 miljonit miili.
See number väärib võrdlust. Maa tiirleb Päikesest 150 miljoni kilomeetri kaugusel ja Merkuur läheneb kõige lähemal 46 miljoni kilomeetrini. Kui asetada Sagittarius A* Päikese kohale, ulatuks selle vari Merkuuri orbiidist kaugemale – ühe objekti laius ületaks Päikesesüsteemi sisemise ala esimese rea.
Nimi, mis tähendab "põnevat", ja rahutu isu
Tärn Sgr A* nimes ei ole joonealune märkus. Robert Brown lisas selle juba 1982. aastal: raadioallikas tundus talle "põnev" ja füüsikud tähistavad aatomite ergastatud olekuid tärniga. See võib olla ainus taevakeha, mis on nimetatud meeleolu järgi.
Nimi sobib ikka veel. 2013. aastal nägid Chandra röntgenteleskoobiga vaatlevad astronoomid, kuidas Sgr A* paiskas välja sähvatuse, mis oli 400 korda eredam kui selle tavapärane vaikne kohin. Selgub, et isegi enamasti uinuv must auk tuletab aeg-ajalt naabruskonnale meelde, kellele galaktika keskpunkt kuulub.