I deres navn udråber sorte huller mysterium. De er uobservable, ukontrollerbare og - i mere end 50 år efter deres første forudsigelse i 1916 - uopdagede. Astronomer har siden fundet bevis for sorte huller i vores univers, inklusive en supermassiv en i midten af vores egen Mælkevej. Alligevel er der stadig meget ukendt om disse kosmiske gåder, inklusive hvad der nøjagtigt sker med de ting, de suger op med deres titaniske tyngdekraft.
Relateret indhold
- Sådan fandt astrofysikere et sort hul, hvor ingen andre kunne
- Astronomer bliver tættere end nogensinde på at se et sort hul
- Supermassive sorte huller kan være mere almindelige end tidligere tænkt
For 50 år siden hjalp fysiker John Wheeler med at popularisere udtrykket "sort hul" som en beskrivelse af de sammenbrudte rester af supermassive stjerner. Ifølge Wheeler, der møbner og populariserede flere andre berømte astronomibegreber som "ormehuller", kom forslaget fra et publikummedlem på en astronomikonference, hvor han talte, efter at han gentagne gange havde brugt udtrykket "gravitationsly kollapsede genstande for at beskrive den kosmiske giganter.
”Nå, efter at jeg brugte den frase fire eller fem gange, sagde nogen i publikum, 'Hvorfor kalder du det ikke et sort hul.' Så det vedtog jeg, ”fortalte Wheeler videnskabsforfatter Marcia Bartusiak.
Wheeler gav navn til en idé, der først blev udforsket af Albert Einstein 50 år tidligere i sin indflydelsesrige teori om generel relativitet. Einsteins teori viste, at tyngdekraften er et resultat af forvrængning af rum og tid af massen af genstande. Mens Einstein selv modsatte sig, at han nogensinde erkendte muligheden for sorte huller, brugte andre fysikere hans grundarbejde til at udkæmpe de galaktiske monstre. Fysiker J. Robert Oppenheimer, af atombomberømmelse, kaldte disse kroppe "frosne stjerner" med henvisning til et nøgleaktion, som fysikeren Karl Schwarzschild skitserede kort efter, at Einstein offentliggjorde sin teori.
Denne funktion var "begivenhedshorisonten": linjen omkring et sort hul, hvor det bliver umuligt at undslippe. En sådan horisont findes, fordi den hastighed, der kræves for ethvert atom til at bryde væk fra det sorte huls tyngdekraft, på en bestemt afstand bliver højere end lysets hastighed - universets hastighedsgrænse. Når du har krydset begivenhedshorisonten, tænkes det, alt det, der omfatter dig, er strimlet fra hinanden voldsomt af intense tyngdekræfter og til sidst knust til det punkt med uendelig tæthed i midten af det sorte hul, der kaldes en singularitet. Ikke ligefrem en behagelig vej at gå.
Denne detaljerede forklaring af død via sort hul er imidlertid teoretisk. Den intense tyngdekraft af sorte huller forvrænger tiden så meget, at objekter, der falder ind i et, ser til at sænke farten og "fryse" nær begivenhedshorisonten, før de blot falmer væk. (Hvilket lyder meget pænere.)
Med andre ord, trods vigtigheden af denne begivenhedshorisont har videnskabsfolk faktisk aldrig direkte bevist sin eksistens. Og på grund af vanskeligheden med endda at finde sorte huller (fordi lys ikke kan undslippe dem, de er usynlige for de fleste teleskoper), langt mindre at observere dem, har der ikke været mange chancer for at prøve. I mangel af overbevisende bevis har nogle astrofysikere teoretiseret, at nogle af de objekter, vi kalder sorte huller, kan være dramatisk anderledes end det, vi er kommet til at tro, uden entydighed og ingen begivenhedshorisont. I stedet kunne de være kolde, mørke, tætte genstande med hårde overflader.
Denne sorte hul-skepsis begyndte at tiltrække sin egen skepsis, men da teleskoper endelig fangede sorte huller i handling som noget ekstraordinært. I de sidste syv år begyndte "folk at se stjerner falde i sorte huller, " siger Pawan Kumar, en astrofysiker ved University of Texas i Austin, hvor Wheeler i øvrigt underviste i teoretisk fysik i et årti. "Dette er meget meget lyse ting, der kan ses fra milliarder af lysår væk."
Flere af disse lyse, relativt hurtige stjernesvindinger er siden blevet observeret. Sidste år besluttede Kumar, at disse lysemissioner ville gøre en god test for at bevise eksistensen af begivenhedshorisonten. "De fleste i samfundet antog, at der ikke er nogen hård overflade, " siger Kumar. Han understreger dog, "inden for videnskaben skal man være forsigtig. Du har brug for bevis."
Så i 2016 arbejdede Kumar og hans samarbejdspartner Ramesh Narayan fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics for at beregne, hvilke slags effekter du ville forvente at se, om en stjerne, der blev slugt af et sort hul virkelig kolliderede med en hård overflade. Det ville svare til at smadre en genstand mod en klippe, siger Kumar og skaber intens kinetisk energi, der ville blive udsendt som varme og lys i måneder - eller endda år.
Alligevel fandt en scanning af teleskopdata over tre og et halvt år ingen tilfælde af de lyse underskrifter, som han og Narayan beregnet, ville blive frigivet, hvis stjerner ramte et hårdt overflade sort hul. Baseret på sandsynlighed havde forskerne forudsagt, at de burde have fundet mindst 10 eksempler i løbet af denne tidsperiode.
Kumar kalder denne forskning, der blev offentliggjort i år i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, for et "godt skridt" hen imod at bevise begivenhedshorisonten. Men det er stadig ikke helt bevis. Et hårdt overflade sort hul kunne teoretisk stadig eksistere i hans undersøgelses beregninger. Men radius for denne overflade skulle være inden for ca. en millimeter fra det sorte huls Schwarzschild-radius, eller det punkt, hvor den hastighed, der er nødvendig for at undgå tyngdekraften, ville svare til lysets hastighed. (Bemærk, at Schwarzschild-radius ikke altid er den samme som en hændelseshorisont, da andre stjernestykke også har tyngdekraft).
"Grænserne, som dette papir lægger på radius af en mulig solid overflade - 4 tusindedele af en procent uden for Schwarzschild-radius for et supermassivt kompakt objekt - er imponerende, " siger Bernard Kelly, en NASA-astrofysiker, der ikke var involveret i denne forskning.
Kumar har allerede forsket i rørledningen for at indsnævre denne grænse endnu mere, til det punkt, hvor det ville være næsten sikkert, at der ikke muligvis kunne eksistere sorte huller med hård overflade. Det ville for ham være et pålideligt bevis på, at traditionelle sorte huller er den eneste slags sorte huller, der besætter vores univers. "Hvis det er afsluttet, vil det efter min mening stort set lukke feltet, " siger Kumar. "Vi vil have faste beviser for, at Einsteins teori stemmer."
