Teori om voldsomt fænomen: Sådan æder sort hul en stjerne
Hvis en stjerne kommer for tæt på et sort hul, bliver den først revet itu og derefter ædt. Undervejs slår det sorte hul astronomiske ’bøvser’.
sort hul æder stjerne astronomi

Ny forskning fra blandt andet Københavns Universitet kaster lys over, hvad der sker, når sorte huller æder stjerner. (Illustration: NASA) 

Sorte huller er berygtede for deres voldsomme tyngdekraft, som næsten intet kan undslippe.

Hvis en uheldig stjerne kommer til at bevæge sig lidt for tæt på et supertungt sort hul, bliver stjernen fanget af tyngdekraften. De voldsomme kræfter vil rive og flå i stjernen, så den bliver helt uigenkendelig, og til sidst vil den blive fortæret af det sorte hul.

Blandt astronomer er dette dramatiske ædegilde kendt som en Tidal Disruption Event (TDE), og forskere fra Københavns Universitet har netop skabt en ny teoretisk model, som kan forklare fænomenet.

»Det er først inden for de seneste 10 år, at vi reelt er begyndt at kunne observere, når stjerner bliver spist af sorte huller. Men i takt med at der er kommet flere observationer, er der opstået en gåde, som man ikke har kunnet forklare. Den gåde løser vi med vores studie,« siger Lixin Dai, som er adjunkt ved Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet.

Hun er førsteforfatter på det nye studie, som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal Letters.

Sorte huller

Sorte huller er er hårdt sammenpressede objekter i rummet, som har en enorm tyngdekraft.

Tæt på et sort hul er tyngdekraften så stærk, at stjerner, gas og selv lyset med dets hastighed på 300.000 km/s ikke kan slippe væk.

Galakser som vores egen galakse Mælkevejen har mange sorte huller, men i centrum af enhver større galakse findes et supermassivt sort hul, som er millioner eller milliarder gange tungere end solen.

Kilde: NBI, Ole Eggers Bjælde

Svært at se sorte huller

Sorte huller har fascineret, lige siden de blev forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori fra 1915.

Selvom sorte huller findes i hobetal i Mælkevejen og andre galakser, er de svære at se for forskerne. De er nemlig – som navnet antyder – kulsorte, ligesom rummet der omgiver dem.

»De er svære at observere direkte. I Mælkevejen er der måske 100 millioner sorte huller, men vi har kun observeret omkring 20 af dem. Vi kan nemlig kun se dem, hvis de befinder sig i nærheden af en anden stjerne,« fortæller Ole Eggers Bjælde, som selv forsker i sorte huller ved Aarhus Universitet, men ikke har været en del af det nye studie.

Forskere er derfor ekstra interesserede i at studere Tidal Disruption Events, fordi det voldsomme, astronomiske ædegilde giver en unik mulighed for at observere det sorte hul.

»Et Tidal Disruption Event er ligesom et fyrværkeri, som kaster lys over det sorte hul i nogle få år, mens det sorte hul æder stjernen. Det er vigtigt, for det giver os mulighed for at observere de sorte huller og lære mere om dem,« siger Lixin Dai.

Opfører sig som badevand

Lixin Dai forklarer, at ved en Tidal Disruption Event bliver den uheldige stjerne i første omgang indfanget af tyngdekraften fra et supertungt sort hul – det vil sige et sort hul af en enorm vægtklasse, som er millioner eller milliarder gange tungere end Solen.

Stjernen vil herefter begynde at blive suget tættere og tættere ind mod det supertunge sorte hul.

»Stjernen vil ende med at blive slugt af det sorte hul, men den falder ikke direkte derind. Den vil cirkle rundt omkring hullet på samme måde, som når vandet løber ud af en håndvask og cirkulerer rundt om afløbet,« forklarer Lixin Dai.

Tidal Disruption Events (TDE)

Tidal Disruption Events (TDEs) er et fænomen, som optræder, hvis en stjerne kommer tæt nok på et supermassivt sort hul.

Stjernen vil blive flået i stykker af tyngdekraften (tidevandskræfterne) fra det sorte hul.

TDE’s blev teoretisk forudsagt i 1970’erne, men er først blevet observeret i det seneste årti.

TDE’s er sjældne. Forskere anslår, at et supermassivt sort hul oplever en TDE omkring hver 10.000 år.

Kilde: NBI, Lixin Dai

Sort hul bøvser

Allerede længe inden stjernen er nået ind i centrum af det sorte hul og er blevet slugt, er den blevet smadret til ukendelighed.

»Efterhånden som stjernen kommer tættere og tættere på det sorte hul, bliver den flået i stykker. Det svarer til tidevandskræfterne på Jorden, hvor Månens tyngdefelt trækker i havene på Jorden, så vi får højvande. Ved det sorte hul er kræfterne bare så store, at stjernen bliver trukket helt i stykker,« forklarer Ole Eggers Bjælde.

Mens stjernen på denne måde bliver flået i stykker, bliver der udsendt lys og andre typer af stråling.

Disse udbrud af lys og stråling har en forsker tidligere beskrevet for Videnskab.dk som en slags bøvs fra det sorte hul. Det kan du læse mere om i artiklen Sort hul æder stjerne – og slår astronomisk bøvs.

»Lidt af et mysterium«

Hidtil har forskerne imidlertid observeret en stor variation i, hvilken slags ’bøvser’ sorte huller slår. Nogle udsender primært røntgenstråling, mens andre primært udsender synligt lys og ultraviolet lys, forklarer Lixin Dai.

»Teoretisk set burde det være den samme fysik, som sker, hver eneste gang en stjerne bliver spist. Men alligevel kan vi se, at der bliver udsendt vidt forskellig stråling, og det har været lidt af et mysterium,« siger Lixin Dai.

»Men nu har vi i vores studie fundet en model, som kan forklare alle de forskellige slags udbrud, vi har set i forbindelse med Tidal Disruption Events.«

Synsvinkel afgør typen af bøvs

Kort fortalt lyder forskernes teori, at det i virkeligheden er de samme slags udbrud (’bøvser’), som bliver udsendt fra alle Tidal Disruption Events. Men her fra vores synspunkt på planeten Jorden fremstår begivenhederne forskellige, forklarer Lixin Dai.

Alt afhængig af hvilken synsvinkel vi har til en specifik Tidal Disruption Event, vil vi altså kunne observere forskellige slags udbrud af lys og stråling fra det sorte hul.

»Det er som om et slør er kastet hen over et stort dyr. Fra nogle vinkler ser man noget af dyrets hud, og fra andre ser man kun slørets overflade. Dyret er det samme, men vores perception og dermed forståelse er forskellig, afhængig af vinklen,« fortæller medforfatter til studiet, professor Enrico Ramirez-Ruiz, som er professor ved både Niels Bohr Institutet og University of California at Santa Cruz i en pressemeddelelse.

Teori testet af computer

Forskerne har efterprøvet deres teori ved hjælp af computersimuleringer, og simuleringerne peger ifølge Lixin Dai på, at den nye model holder vand.

Således er studiet da også spændende og et godt bidrag til vores viden om sorte huller, mener Ole Eggers Bjælde.

»Det nye i studiet er, at de giver et bud på en samlende model for, hvordan stjerner bliver rykket i stykker af et sort hul, og de har simuleret det med computere,« siger han og tilføjer:

»Om det er et gennembrud er det nok for tidligt at sige. Det må tiden vise, efterhånden som vi får flere observationer, som de kan efterprøve modellen på.«

Flere ædegilder fremover

For nyligt vakte det opsigt, da forskere beskrev en Tidal Dispruption Event i en galakse i retning af stjernebilledet Store Bjørn.

Indtil nu har astronomer i alt kun observeret omkring 20-30 Tidal Disruption Events, fortæller Lixin Dai.

Men hun regner med, at tallet vil kunne mangedobles i løbet af de kommende år, hvor forskerne får mere ny teknologi til rådighed til at studere de sjældne fænomener.

Forskningscentret DARK ved Københavns Universitet står sammen med University of California, Santa Cruz (UCSC) i spidsen for forskningsprojektet ’Young Supernova Experiment transient survey’, som blandt andet har til formål at lede efter Tidal Disruption Events.

Det kommer eksempelvis til at ske ved hjælp af det avancerede teleskop Large Synoptic Survey Telescopes, som i øjeblikket er ved at blive opført i Chile.

Figur fra studiet: I centrum af figuren ses et sort hul. Figuren beskriver situationen, som opstår, når materialet fra en sønderslidt stjerne suges ind i det sorte hul. Der dannes en ophobning af fortættet materiale (disk), da der er for meget materiale til, at det kan passere ind i det sorte hul på én gang – materialet fra stjernen cirkulerer derfor rundt om stjernen i disken. Det varmes op i processen, og der bliver udsendt store mængder lys og røntgenstråling undervejs (Dobbeltpilen), som kan observeres fra Jorden. Lixin Dais computermodel tager højde for, at denne situation kan vende forskelligt i forhold til vores synsvinkel fra Jorden, og dermed får vi observationer af forskellig slags stråling og lys. (Kilde: NBI)

 

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.



Det sker