Sorte huller i universet er både vanvittigt dragende og fuldkommen utrolige.
Men hvad er det nu lige, et sort hul er? Hvorfor er de så interessante? Hvordan ‘opdagede’ man dem? Hvorfor kan vi ikke se dem? Hvordan skabes de? Og hvordan fungerer de egentlig?
Bliv klogere på de basale informationer om sorte huller i dette ‘crash-course’, der bygger på Videnskab.dk’s tidligere artikler om sorte huller.
Du kan se alle artiklerne fra Videnskab.dk, som denne opsamlingsartikel bygger på, i bunden af artiklen.
Nederst i artiklen kan du også læse om verdens første billede af et sort hul, som blev præsenteret i 2019.
Universets mest mystiske objekter
Et sort hul er et objekt i rummet, der er blevet presset så meget sammen af tyngdekraften, at det ingenting fylder.
For at give et eksempel på hvor kompakt et sort hul er, så ville Jorden være lige så stor som en sukkerknald, hvis den havde samme tæthed som et sort hul.
Tyngdekraften i et sort hul er så stærk, at den fanger alt, som kommer i nærheden af den: Gas, planeter, hele stjerner – selv lyset med dets hastighed på 300.000 km/s kan ikke slippe fri.
\ Tyngdefelt og tyngdekraft
Al masse er omgivet af et tyngdefelt.
To mennesker, som vejer lige meget, trækker i hinanden med lige stor tyngdekraft, men disse kræfter er som regel så små, at de ikke mærkes i forhold til den stærke tyngdekraft fra Jorden.
Massive legemer trækker meget mere i den materie, som omgiver dem.
Et sort hul er et område i rummet, som er så massivt, at det fanger alt, som kommer i nærheden af det – til og med lyset.
Og fordi sorte huller også suger lyset til sig, kan de ikke ses, hvorfor forskerne i mange år har kæmpet med at bevise, at de faktisk eksisterer.
I dag findes der masser af observationer, der peger på, at sorte huller eksisterer, men de sorte huller bliver stadig betragtet som nogle af universets mest mystiske objekter.
De beviser, vi har i dag er dog kun sekundære beviser. Hvis vi får et billede af et sort hul, har vi direkte beviser, og derfor er det vildt, hvis det sker.
Einstein forudså de sorte huller
Teorien bag sorte huller er mere end 90 år gammel og bygger på Einsteins generelle relativitetsteori – en teori om, hvorledes rum og tid indgår i formuleringen af fysikkens love.
Ideen går dog endnu længere tilbage og blev første gang fremført af den britiske videnskabsmand John Mitchell i 1783.
De fleste forskere troede dog ikke på, at sådan nogle objekter eksisterede før 1960’erne, hvor man fandt bevis for, at nogle gamle stjerner var kollapset og havde dannet små sorte huller, blot få gange mere massive end vores egen Sol.
På samme tid opdagede man også kvasarerne; de skinnende midtpunkter i galakser. Den enorme energi, de producerer kan kun skyldes et stort og sultent sort hul, mener forskerne.
Man har i dag registreret så mange af de sorte hullers virkninger på omgivelserne, at der ikke stilles spørgsmålstegn ved, om de findes.
Hvordan ser et sort hul ud?
Vi har en forestilling om et sort hul som et roterende objekt i rummet (som foroven), selvom vi endnu ikke har fotograferet sorte huller – og det er jo lidt mærkeligt.
Det skyldes dog, at man kan finde dem ved at studere den effekt, de har på omgivelserne omkring sig. Det vil sige, man kan finde sekundære beviser.
Nogle har tidligere forsøgt at forklare sorte huller ved at sige, at de fungerer som afløbet i et badekar.
Selvom sammenligningen ikke er helt korrekt, giver den et fint billede af, hvordan et sort hul fungerer – hvilket forklarer, hvordan vi kan observere dem.
Både for afløbet og det sorte hul gælder det, at det er tyngdekraften, der er på spil.
Vandet forsvinder ned i afløbet på grund af tyngdekraften fra Jorden, og stof falder ind mod et sort hul som følge af tyngdekraften fra hullet.
Alt vandet i badekarret kan ikke løbe ud på én gang, så vandmolekylerne stiller sig så at sige i kø i strømhvirvlen og afventer deres tur.
Omtrent sådan foregår det faktisk også omkring et sort hul – og det er netop det, der gør det muligt for os at observere dem.
\ Hvor stort er et sort hul?
Et sort hul er – i kosmisk målestok – meget småt.
Massen af sorte huller måles i solmasser, hvor en enkelt solmasse er massen (vægten) af vores egen Sol, som vejer ca. 1,99 billioner billioner ton (1,99×10^30 kg).
Små sorte huller i rummet er mellem 3 og ca. 100 solmasser.
De store tunge sorte huller, som det i midten af vores galakse, vejer flere millioner solmasser. Det største sorte hul, man kender til, er omkring ti milliarder solmasser.
Et sort hul er 6 km i diameter per solmasse.
Læs mere i artiklen ‘Kunsten at veje et sort hul‘.
Kilde: Marianne Vestergaard, Lektor ved Niels Bohr Institutet
Stof mod stof får sorte huller til at stråle
Når stof falder ind mod det sorte hul (som vand i et afløb), lægger det sig i første omgang i en roterende skive – en såkaldt tilvækstskive – omkring hullet.
Hvis stoffet ikke mistede energi, ville det bare forblive i kredsløb om det sorte hul (igen, forestil dig vand, der bare kredser om afløbet), men i tilvækstskiven gnider stof med stof, og på grund af gnidningsmodstanden bliver stoffet varmet op og begynder at lyse kraftigt.
Det er strålingen fra tilvækstskiven, der hjælper astronomerne til at kunne få øje på de sorte huller, selvom det er en stråling, der ikke kan ses med det blotte øje.
Man kan ikke se et sort hul i et teleskop, så det røber som tidligere nævnt kun sin eksistens gennem indflydelsen på omgivelserne omkring tilvækstskiven.
For eksempel har man observeret en stjerne, som bevæger sig lynhurtigt omkring et sort hul i midten af vores egen galakse.
Derfor ved vi nogenlunde, hvordan et sort hul ser ud.
Vi har dog ingen ideer om, hvordan der ser ud nede i hullet, selvom der er flere forskellige teorier om det.
Inde i centret bryder den kendte fysik nemlig fuldstændigt sammen, og vi har derfor ikke en chance for at beskrive, hvad der foregår.
Sorte huller er kollapsede stjerner
Men hvordan kommer de sorte huller så til verden? Hvorfor findes de overhovedet?
Sorte huller er et produkt af supernovaeksplosioner, hvor stjerner kollapser og dør.
Forskere har i mange år haft store problemer med at forstå, hvad der sker i en stjernes dødsfase, men det har man efterhånden fået et overblik over.
Mod slutningen af stjerners levetid bliver kernen i tunge stjerner gradvist tættere og varmere, og kernereaktioner omdanner gasser til stadigt tungere grundstoffer.
Til sidst består kernen af jern og nikkel, og så nærmer vi os afslutningen – stjernen begynder at kollapse.
Mens tyngdekraften på en stjerne gør, at materien på stjernens overflade vil trækkes ind mod centrum, er det indvendige gastryk udadrettet, og det gør, at materien presses ud igen.
Hvis disse to kræfter er i ubalance, vil stjernen krympe på grund af tyngdekraften eller vokse på grund af gastrykket.
Ved en sammentrykning forvandles materien til massive neutroner, såkaldte neutronstjerner, men de kan heller ikke altid klare at holde stand mod tyngdekraften.
Hvis tyngdekraften er for voldsom, vil stjernen kollapse yderligere til et meget lille punkt og blive til det, vi kalder et sort hul.
LÆS OGSÅ: Quiz: Hvor meget (eller lidt) ved du egentlig om sorte huller?
Sorte huller findes overalt i universet
Bare i vores egen galakse – Mælkevejen – tror nogle forskere, at der er tusindvis af sorte huller, og supermassive sorte huller ser ud til at findes i centrum af de fleste galakser.
Der er dog forskel på sorte huller.
Mælkevejens massive sorte huller er relativt små og inaktive. Forskerne ved ikke, hvorfor de sorte huller i Mælkevejen er så rolige.
Andre galakser er kendt for at have centrale objekter med en masse, som svarer til milliarder af stjerner. Disse sorte huller karakteriseres som ‘aktive’, og de sluger grådigt massen omkring sig.
Trods beregninger, der viser, at Mælkevejens sorte hul har en masse, som er næsten tre millioner gange Solens, har dette sorte hul dværgstatus på skalaen for supermassive sorte huller, som rangerer fra en million til tre milliarder solmasser.
Sorte huller kan vokse sig større…
Når sorte huller både kan være aktive og inaktive, så ved vi, at sorte huller på en måde har et ‘liv’.
Et sort hul vokser eksempelvis, når stof falder ned i det. Store sorte huller som dem, der findes i midten af galakserne, kan æde hele stjerner, og så bliver de en smule større.
Når to galakser kolliderer, kan de sorte huller også smelte sammen og danne ét enkelt kæmpestort sort hul, der kan have lige så stor masse som milliarder af stjerner.
\ 3 grupper af sorte huller
Der findes 3 grupper af sorte huller.
- De såkaldte oprindelige sorte huller, der er mindst og sandsynligvis stammer fra det tidlige univers, lidt efter Big Bang.
- Sorte huller med masser på størrelse med en stjerne.
- Sorte huller som har masser som milliarder af stjerner kaldes massive sorte huller. De formodes at være centrum i galaksen.
… og de kan dø
På samme måde kan sorte huller også blive mindre og dø.
Det kan ske, hvis de får for mange partikler med negativ energi.
Ifølge kvantemekanikken skabes der hele tiden såkaldte virtuelle partikelpar ved kanten af et sort hul, den såkaldte begivenhedshorisont.
Her kan der ske det, af den ene af partiklerne formår at undslippe det sorte huls tyngdefelt, mens den anden forsvinder ned i hullet.
Når en partikel undslipper, så må den partikel, der er forsvundet ned i det sorte hul, have negativ energi – ellers går energiregnskabet ikke op.
Det betyder, at et sort hul faktisk kan miste energi og således blive mindre.
De sorte huller, som, astronomerne er sikre på, findes i universet, kommer dog ikke til at forsvinde foreløbigt.
Sorte huller, der skabes i forbindelse med de tungeste stjerners voldsomme død i supernovaeksplosioner, er så store, at det vil tage dem meget længere tid at fordampe, end universet hidtil har eksisteret.
\ Opdatering 2022: Det første billede af et sort hul blev præsenteret i 2019
I april 2019 kunne astronomer fra projektet Event Horizon Telescope, EHT, fremvise det allerførste billede nogensinde af et sort hul i en anden galakse.
»Det ligner en ring af ild. Det føles, som om vi kigger på helvedes port,« lød det fra Heino Falcke, professor ved Radboud University i Holland og formand for EHT’s videnskabelige råd, da billedet åbenbarede sig for verdenspressen.
Der var tale om det centrale sorte hul i midten af kæmpegalaksen Messier 87, der ligger 55 millioner lysår borte.
Her er verdens allerførste billede af et sort hul, som befinder sig i kæmpegalaksen Messier 87. (Foto: EHT)
Det sorte hul i Messier 87 er med en masse på 6,5 milliarder solmasser blandt de største sorte huller, man har kendskab til.
De fleste galakser har sorte huller i deres centrale dele, og det gælder også vores egen Mælkevej. Derfor var det ikke helt overraskende, da astronomerne fra EHT efter succesen i 2019 fortalte, at deres næste mål var at levere et billede af det sorte hul i vores egen galakse.
EHT’s mål er at tage billeder af sorte huller
EHT-komplekset blev oprettet i 2009 – til at begynde med blot med nogle få radioteleskoper, men er siden da vokset støt til i dag, hvor godt 20 lande bidrager med teleskoper, der tilsammen dækker hele jordkloden ganske godt.
Allerede fra begyndelsen var målet at levere billeder af sorte huller.
De første observationer af M87 begyndte meget tidligt efter oprettelsen af EHT. Vi har senere fået en billedserie, der viser de indledende øvelser med optagelser af det sorte hul i årene 2009 til 2013.
Læs også: Hvordan blev verdens første billede af et sort hul til? Få den fascinerende historie
Det pegede så frem mod de endelige observationer over flere uger i 2017, og efter en omfattende databehandling var resultatet det endelige billede, vi første gang så i april 2019.
Læs mere i artiklen Astronomer afslører snart »banebrydende forskningsresultater fra vores egen Mælkevej«.
