Mustat aukot ovat syöpyneet ihmisten tajuntaan Scifi -elokuvien ja muun populaarikulttuurin avustuksella mysteerillisinä avaruuden kohteina, jotka koettelevat arkijärjen rajoja. Vielä 1900-luvun alkupuolella kyseessä oli aluksi vain käsitteellinen teoria vailla mitään konkretiaa, mutta modernissa astrofysiikassa ne otetaan nykyään miltei varmana totuutena. Sanotaanhan niistä olevan runsain mitoin todisteitakin, joista parin vuoden takainen Event Horizon teleskoopin avulla luotu kuva on kuuluisin.

Tämän blogin lukijat ehkä jo tässä vaiheessa kuitenkin tietävät, että havainnot voivat olla moniselitteisiä, ja tulkintatavasta riippuen voimme nähdä ne aivan eri tavoin. Ihmiset ovat taipuvaisia vahvistusharhaan ja tämä pätee myös tieteellisten havaintojen tulkinnassa. Erityisesti silloin, kun kohde on valovuosien päässä oleva, eikä havaintojen tulkintoja voi varmistaa tai osoittaa vääräksi. Lisäksi astronomiset ilmiöt toimivat monesti niin hitaassa aikaskaalassa, että on paradigmasta kiinni, kuinka havainto tulkitaan (ks alla oleva kuva).

Twin Jet Nebula. NASA
Onko tässä kuvassa oleva tähti syntymässä vai kuolemassa?​*​

Tässä artikkelissa pyrin suppeasti esittelemään teoriaa mustien aukkojen taustalla sekä todisteita, joihin nykyinen tieteellinen ymmärrys niiden olemassa olosta pohjaa ja kritiikkiä, joka kyseenalaistaa koko ilmiön olemassaolon.

Mitä mustat aukot oikein ovat?

Mustien aukkojen olemassa olo ennustettiin alunperin Einsteinin yleisessä suhteellisuusteoriassa vuonna 1916, mutta varsinaisen nimen ”musta aukko” keksi yhdysvaltalainen astronomi John Wheeler vasta vuonna 1967. Space.comin mukaan mustat aukot olivat pitkään vain teoreettisia objekteja, mutta ensimmäinen fyysinen musta aukko havaittiin vuonna 1971, ja vuonna 2019 musta aukko onnistuttiin kuvaamaan Event Horizon Telescopella.​1​

NASA:n mukaan musta aukko on avaruudessa oleva kohde, jossa on äärimmäisen suuri määrä massaa kasaantuneena äärimmäisen pieneen tilaan. Tällaisella kohteella on niin suuri vetovoima, että edes valo ei pääse siitä pakenemaan. Tästä johtuen kohdetta ei pystytä suoraa havaitsemaan, vaan voimme ainoastaan tehdä havaintoja sen vaikutuksista ympäristöön. Se on niin sanotusti musta aukko.​2​

Mustan aukon rakenne (teoriassa)

Mustan aukon rakenne on teoriassa seuraavanlainen: aivan keskellä on singulariteetti eli alue, jossa mustan aukon koko massa on puristuneena miltei nollatilavuuteen. Singulariteetin ympärillä on tapahtumahorisontti, jonka takaa mikään – edes valo – ei pääse karkaamaan. Tapahtumahorisontin ympärillä on kerääntymäkiekko, johon mustan aukon ympäristöstä keräämää ainetta on kerääntyneenä.

Mustat aukot luokitellaan eri luokkiin niiden koon (tai massansa) mukaan. Pienimmät ovat niin kutsuttuja stellaarisia mustia aukkoja, jotka syntyvät suuren tähden polttaessaan loppuun kaiken polttoaineensa luhistuen lopulta mustaksi aukoksi. Seuraavana tulevat niin sanotut keskikokoiset mustat aukot, ja lopuksi super massiiviset mustat aukot, joiden oletetaan löytyvän galaksien keskustasta.​1​

Todisteita mustien aukkojen olemassa olosta

Selkeää esitystä mustien aukkojen keskeisistä todisteista on vaikea löytää populaareista artikkeleista, ja akateemisissa julkaisuissa joutuu kahlaamaan läpi suuren määrän jargonia ennen kuin pääsee itse asiaan. Mustia aukkoja käsittelevissä artikkeleissa (esimerkiksi NASA ja Space.com ja vastaavilla sivustoilla) ei todisteita yleensä tarkemmin esitellä, vaan yleensä niissä tyydytään varmalla retoriikalla toteamaan, että nykyään tiedämme, että galaksien keskuksissa on musta aukko, ja myös kvasaarit ovat mustia aukkoja, sillä mikään muu ei niitä voi selittää​†​.

Artikkelissa Observational Evidence for Black Holes esitellään selkeämmin niitä empiirisiä todisteita, joita meillä mustista aukoista on. Kyseisen artikkelin mukaan galaksimme – ja vastaavasti myös kaikkien muiden galaksien – keskuksessa olevaa mustaa aukkoa todistavat havainnot hyvin lähellä galaksin keskusta kiertävien tähtien nopeudesta. Laskelmien mukaan tähtien havaituilla kiertonopeudella voidaan laskea se massa, joka täytyy olla sillä kohteella, jota nämä tähdet kiertävät. Sagittarius A:n​‡​ lähettämien radioaaltojen perusteella voidaan päätellä, että kyseisen kohteen fyysinen koko on kuitenkin varsin pieni. Ainoa selitys tälle kyseisen artikkelin mukaan on musta aukko.​3​

Kyseessä ei siis ole suora todistus mustasta aukosta, vaan tämä perustuu useampiin ennakko-oletuksiin. Ensimmäinen näistä on se, että tähdet kiertävät galaksin keskuksessa tietyllä nopeudella sen vuoksi, että galaksin keskuksella on tietyn suuruinen massa. Tämä on standardi-mallissa luonteva oletus, sillä gravitaation oletetaan olevan keskeisimmässä roolissa kosmisella näyttämöllä, mutta oletuksen luontevuus vallitsevalle paradigmalle ei ole tae sen paikkaansa pitävyydestä.

Tämä ei myöskään ole kovin elegantti teoria, sillä se vaatii kahden teoreettisen ilmiön käyttöä: musta aukko ja pimeä aine/energia, joita ilman koko teoreettinen rakennelma sortuu. Yhden hypoteettisen ilmiön tai kohteen käyttäminen mallissa olisi sellaisenaan jo ongelmallista, mutta kahden tällaisen varaan rakennettu malli on jo sulaa hulluutta, ja kertoo mielestäni paljon nykyaikaisen astrofysiikan tilanteesta.

Messier 77. NASA

Sen sijaan esimerkiksi sähköuniversumiteorioissa galaksia ei selitetä ytimen vetovoimavaikutuksella ja sitä tukevalla mielikuvituksellisella pimeällä energialla, vaan galaksin muodostostuminen ja toiminta selittyy pääasiallisesti sähkön ja plasman dynamiikalla, eikä galaktisen keskuksen tähtien pyörimisnopeuden tarvitse johtua keskustan massasta.​§​ Tätä voitaisiin verrata vesipyörteeseen, jossa veden pyörimisnopeus kiihtyy luonnostaan lähempänä pyörteen keskusta.

Vesipyörre. Kuva: Robert D Anderson, CC BY-SA. Wikipedia commons.

Todisteet stellaarisista mustista aukoista, joita Ramesh Narayan ja Jeffrey McClintockin mukaan on havaittu 24, perustuvat binaari-aurinkokuntiin, joissa tähti kiertää toista kohdetta, joka on voimakas röntgen-säteilyn tuottaja.​3​ Mustaa aukkoa valtavilla nopeuksilla kiertävän aineen katsotaan lämpenevän valtaviin lämpötiloihin, jonka teoriassa tulisi saada aikaan havaittavissa olevaa röntgen-säteilyä.

Tässäkään tapauksessa mustaa aukkoa ei voi havaita suoraan, vaan tulkinta perustuu tähden kiertonopeuteen – josta lasketaan kohteen massa, jota tähti kiertää – ja röntgensäteilyyn, jota mustan aukon oletetaan tuottavan. Röntgen-säteilyä ei kuitenkaan todista vielä mustan aukon olemassa oloa, sillä sähkö ja plasma, jota on runsain mitoin avaruudessa, saa myös aikaan röntgen-säteilyä.​4​

Kuvitelmakuva binaari-järjestelmästä, jossa tähdestä irtoaa ainetta mustan aukon kerääntymiskiekkoon. Kuva: NASA.

Entä sitten LIGO:n havainnot mustien aukkojen yhdistymisen aiheuttamista gravitaatioaalloista? Kyseessä on pelkkää astrofyysikkojen mielikuvitusta. LIGO:n äärimmäisen heikot signaalit voivat johtua melkein mistä vain, ja niissäkin on kyse tulkinnasta. Tätä voidaan verrata eläinhahmojen näkemiseen pilvissä. Miten niin sanottu oikea signaali voidaan löytää taustakohinasta, joka tässä tapauksessa on moninkertaista itse ”oikeisiin signaaleihin”, ja mistä voimme varmuudella tietää minkälaisia gravitaatioaaltojen signaalien tulisi olla? Ei ole mitään todisteita, että LIGO:n havaitsemat signaalit johtuisivat gravitaatioaalloista. Puhumattakaan valovuosien päässä olevista mustista aukoista.

Musta aukko kuvattuna?

Ensimmäisenä havaintona on asianmukaista korostaa laajaa määrää henkilöitä, jotka olivat osallisena lopullisessa raportissa. Tämä fakta huomioon ottaen kuinka vertaisarviointi voi todella toimia, kun kaikki arvioijat ovat välttämättömästi yhteydessä laajempaan tieteelliseen verkostoon, joka määrätietoisesti pyrkii vahvistamaan löydökset?​¶​

professori Pierre-marie robitaille
”Musta aukko”. NASA

Vuonna 2019 suuren media-hehkutuksen säestämänä julkaistiin Event Horizon teleskoopin avulla tuotettu ensimmäinen kuva mustasta aukosta. Tätä pidettiin laajalti historiallisena hetkenä ja lopullisena todisteena siitä, että mustat aukot ovat kuin ovatkin täyttä totta. Professori Pierre-Marie Robitaille kuitenkin tyrmää tämän täysin, sillä kyseinen kuva on petabittien suuruisesta valtavasta datamäärästä haarukoitu äärimmäisen pieni osa​#​, jossa suurena vaarana ovat prosessointi- ja tulkintavirheet. Emme voi tietää onko kuvassa näkyvät osat vain merkityksettömiä artifakteja, jotka johtuvat datan hankinnasta tai prosessoinnista. Robitaille pitää tätä niin suurena osoituksena virheellisestä tieteestä, että hän sanoo astrofysiikan olevan nyt kuollut.​5​

Wallace Thornhillin mukaan kyseinen kuva – mikäli se vastaa todellisuutta – on todennäköisesti plasmoidi. Plasmoidi on plasmasta ja sähköstä muodostunut objekti.​6​ Tarkemmin:

Plasma ei muodostu muodottamaksi möykyksi, vaan se ottaa toruksen muodon. Otamme vapauden kutsua tätä toroidaalista rakennelmaa plasmoidiksi, joka tarkoittaa plasma-magneettista kokonaisuutta. Termiä plasmoidi tullaan käyttämään yleisenä terminä kaikille plasma-magneettisille kokonaisuuksille.​**​

Winston H. Bostick
Torus. Plasma voi ottaa sähkö-magneettikentän vaikutuksesta toruksen muodon. Kuva: Wikipedia commons. Public domain.

Plasmoidi-teoriaakaan ei voida tässä tapauksessa todistaa, sillä emme voi pitää Event Horizon teleskoopin avulla tuotettua kuvaa luotettavana. Mikäli se kuitenkin todellisuutta jossain määrin vastaa, niin plasmoidi-teorialla on tieteellisessä mielessä parempi selitysvoima kuin mustalla aukolla. Plasmoideja todistetusti voi saada aikaan ja havainnoida laboratoriossa. Mustista aukoista ei voi sanoa samaa, eikä ole olemassa mitään todisteita siitä, että aine pystyy tiivistymään singulariteetiksi.

Lisää kritiikkiä

Matemaattinen analyysi näyttää, että jos tähden keskusta on osittain tai kokonaan nestemäinen, niin romahdukselle ei ole vaaraa; nestemäinen keskusta tarjoaa niin vankan pohjan tähdelle, että romahdus on mahdotonta.​††​

James Jeans 1933

Professori Pierre-Marie Robitaillen mukaan mustat aukot ovat ongelmallisia useammasta syystä. Ensiksi emme pysty koskaan testaamaan teoriaa mustista aukoista, sillä ne ovat kaukana, eikä niitä pysty suoraan havaitsemaan. Niitä ei vastaavasti pysty niiden teoreettisesta luonteesta johtuen myöskään todistamaan vääräksi, sillä emme voi tehdä mitään koetta, millä teoria voitaisiin kumota. Tämä ei ole tiedettä. ​5​

Toinen hyvin oleellinen asia Robitaillen mukaan on se, pystyvätkö tähdet edes romahtamaan mustaksi aukoksi. Tähän kysymykseen voidaan parhaiten saada vastaus tutkimalla omaa Aurinkoamme. Robitaillen mukaan todisteet viittaavat siihen, että Auringolla on oikea pinta sen sijaan, että pinta olisi optinen illuusio. Jos Auringolla on oikea pinta, niin sen luhistuminen mustaksi aukoksi on mahdotonta.​5​

Auringon pintaa tukee muun muassa havainnot Auringosta jokaisella spektrin taajuudella alhaisista taajuuksista röntgen-säteisiin ja jopa gamma-säteisiin saakka. Kaikki nämä eivät voi olla pelkkää illuusiota. Lisäksi Auringon pinnassa ollaan havaittu auringonpurkauksen aiheuttamaa aaltoilua, mikä Robitaillen mukaan ei voi olla mahdollista, jos Auringolla ei ole pintaa. Alla olevasta kuvasta on nähtävissä rengasmaisen symmetristä aaltoilua, joka muistuttaa aaltoja, jotka tulevat heittäessä kiven veteen. Tämän kaltainen aaltoilu kuuluu kiinteän aineen ominaisuuksiin, ei kaasujen.​7​

Auringonpurkaus sai aikaan aaltoliikettä Auringon pinnassa. Kuva: NAS

Lopuksi

Mikä on siis tuomio mustista aukoista? Mielestäni niiden olemassa olo on vähintäänkin kyseenalaista, mutta erityisen haitallista on se varmuus, jolla niistä tiedeyhteisössä puhutaan. Tämä epäilemättä liittyy myös rahoitukseen, sillä miljardien rahoituksen varmistamiseksi (myös jatkossa) on hyvä saada merkittäviä tuloksia.

Näyttää siis siltä, että kun kyseessä on vallitsevan näkemyksen todistaminen, niin homogeeninen astrofysiikan yhteisö ottaa varsin kritiikittömästi vastaan sitä tukevia löydöksiä. Voimme vain kuvitella sitä tiedeyhteisön reaktiota, jos vastaavanlaisella menetelmällä oltaisiin saatu suttuinen kuva, joka haastaa ja kumoaa yleisesti hyväksytyn teorian.

Pelissä on kuitenkin paljon laajempi peli kuin pelkkä yksittäinen teoria, sillä musta aukko on merkittävässä asemassa modernin astrofysiikan selitysmalleissa, joilla selitetään esimerkiksi galaksien toimintaa. Mikäli teoria osoittautuu virheelliseksi, niin horjuttaa se uskoa koko vallitsevalta astrofysiikan paradigmalta vaarantaen samalla myös lukuisten tutkijoiden elämäntyön ja tieteellisen arvovallan. Tieteen sanotaan korjaavan itseään, mutta siinä vaiheessa, kun tieteenala ei enää seuraa tieteen periaatteita, niin voidaanko enää puhua tieteestä?


  1. ​*​
    Standardi-mallin mukaan kyseessä on kuoleva tähti, joka sinkoaa ainetta eri suuntiinsa. Sähköuniversumiteoriassa tämä voidaan tulkita plasmapinteeksi, johon on syntymässä uusi tähti.
  2. ​†​
    Kuitenkin jos Halton Arpin havaintoja ja teoriaa on uskomista, niin punasiirtymästä ei voida päätellä kohteen etäisyyttä eikä näin ollen kvasaaritkaan ole niin kaukaisia ja energisiä kohteita kuin astrofysiikassa yleisesti luullaan.
  3. ​‡​
    Galaksimme keskuksessa oletettu musta aukko.
  4. ​§​
    sähköuniversumiteorioissakin omat haasteensa. Esimerkiksi se perustava ongelma, että mikä nämä valtavat intergalaktiset birkeland-virrat muodostaa. Toisin sanoen tässäkin, kuten alkuräjähdysteoriassa, joudumme pohjimmiltaan päätymään siihen johtopäätökseen, että ”prime mover” eli alkuvaikutus on jotain ymmärryksemme ja havaintomaailmamme tuolla puolen olevaa.
  5. ​¶​
    As in initial observation it is proper to highlight the vast number of individuals involved in the final report. Given this fact, how can peer-review truly exist when all the reviewers are by necessity linked to a larger scientific network determined to validate the findings?
  6. ​#​
    Robitaillen mukaan tässä Even Horizon telescoopin avulla tuotetussa kuvassa on koko datasetistä otettu vain yksi miljardisosa (muutama megabitti) lopulliseen kuvaan.
  7. ​**​
    The plasma is emitted not as an amorphous blob, but in the form of a torus. We shall take the liberty of calling this toroidal structure a plasmoid, a word which means plasma-magnetic entity. The word plas-moid will be employed as a generic term for all plasma-magnetic entities.
  8. ​††​
    Mathematical analysis shows that if the center of a star is either liquid, or partially so, there is no danger of collapse; the liquid center provides so firm a basis for the star, as to render the collapse impossible.
  1. 1.
    Redd NT. What Are Black Holes? space.com. Published 2019. Accessed 2021. https://www.space.com/15421-black-holes-facts-formation-discovery-sdcmp.html
  2. 2.
    Smith H. What Is a Black Hole? NASA. Published 2018. Accessed 2021. https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html
  3. 3.
    Narayan R, McClintock J. Observational Evidence for Black Holes. harvard.edu. Published 2013. Accessed 2021. https://www.cfa.harvard.edu/~narayan/Benefunder/Narayan_McClintock.pdf
  4. 4.
    Smith S. Do Black Holes Matter? Thunderbolts.info. Published 2020. Accessed 2021. https://www.thunderbolts.info/wp/2020/05/13/do-black-holes-matter-2/
  5. 5.
    Robitaille P-M. April 10th, 2019 – Claims of a Black Hole Image: the Day Astrophysics Died. youtube.com. Published 2019. Accessed 2021. https://www.youtube.com/watch?v=kI14fpM3ouU
  6. 6.
    Thornhill W. Wal Thornhill: Black Hole or Plasmoid? | Space News. youtube.com. Published 2019. Accessed 2021. https://www.youtube.com/watch?v=J4NffTr_GMk
  7. 7.
    Robitaille P-M. Does the sun have a surface? Transverse waves, Helioseismology, CMEs, X-Rays and Flares! youtube.com. Published 2017. Accessed 2021. https://www.youtube.com/watch?v=Erql613GO_k