Helt eget navn utstråler sorte hull mystikk. De er ikke observerbare, ukontrollerbare og - i mer enn 50 år etter deres første spådom i 1916 - uoppdaget. Astronomer har siden funnet bevis på svarte hull i universet vårt, inkludert en supermassiv en i sentrum av vår egen Melkevei. Likevel forblir mye ukjent med disse kosmiske gåtene, inkludert hva som nøyaktig skjer med tingene de suger opp med sin titaniske tyngdekraft.
Relatert innhold
- Slik fant astrofysikere et svart hull der ingen andre kunne
- Astronomer blir nærmere enn noen gang for å se et svart hull
- Supermassive sorte hull kan være mer vanlig enn tidligere tenkt
For femti år siden hjalp fysiker John Wheeler med å popularisere uttrykket "svart hull" som en beskrivelse av de kollapset restene av supermassive stjerner. I følge Wheeler, som myntet og popularisert flere andre berømte astronomibegreper som "ormhull", kom forslaget fra et publikummedlem på en astronomikonferanse der han holdt tale, etter at han gjentatte ganger hadde brukt uttrykket "gravitasjonsmessig kollapset objekter for å beskrive den kosmiske giants.
"Vel, etter at jeg brukte den setningen fire eller fem ganger, sa noen i salen: 'Hvorfor kaller du ikke det et svart hull.' Så jeg adopterte det, ”sa Wheeler til vitenskapsforfatter Marcia Bartusiak.
Wheeler ga navn til en ide som ble først utforsket av Albert Einstein 50 år tidligere, i sin innflytelsesrike teori om generell relativitet. Einsteins teori viste at tyngdekraften er et resultat av forvrengning av rom og tid av massen av objekter. Mens Einstein selv motsatte seg å erkjenne muligheten for svarte hull, brukte andre fysikere grunnarbeidet sitt til å kaste ut de galaktiske monstrene. Fysiker J. Robert Oppenheimer, av atombombenes berømmelse, kalte disse kroppene "frosne stjerner" med henvisning til et sentralt trekk skissert av fysiker Karl Schwarzschild like etter at Einstein publiserte teorien sin.
Denne funksjonen var "hendelseshorisonten": linjen som omgir et svart hull der det blir umulig å unnslippe. En slik horisont eksisterer fordi hastigheten som kreves for at et atom skal bryte bort fra det svarte hullets tyngdekraft på en viss avstand blir høyere enn lysets hastighet - universets fartsgrense. Når du har krysset begivenhetshorisonten, er det tenkt, alt det som består av deg blir revet fra hverandre voldsomt av intense gravitasjonskrefter og til slutt knust til det punktet med uendelig tetthet i midten av det sorte hullet, som kalles en singularitet. Ikke akkurat en hyggelig vei å gå.
Denne detaljerte forklaringen på døden via svart hull er imidlertid teoretisk. Svarte hulls intense tyngdekraft forvrenger tidens gang så mye at for observatører utenfor det sorte hullet ser det ut til at gjenstander som faller inn i en bremser og "fryser" nær hendelseshorisonten, før de bare falmer bort. (Noe som høres mye hyggeligere ut.)
Med andre ord, til tross for viktigheten av denne hendelseshorisonten, har forskere faktisk aldri direkte bevist sin eksistens. Og på grunn av vanskeligheten med å til og med finne sorte hull (fordi lys ikke kan unnslippe dem, de er usynlige for de fleste teleskoper), mye mindre å observere dem, har det ikke vært mange sjanser til å prøve. I mangel av overbevisende bevis, har noen astrofysikere teoretisert at noen av objektene vi kaller sorte hull kan være dramatisk annerledes enn det vi har trodd, uten singularitet og ingen hendelseshorisont. I stedet kan de være kalde, mørke, tette gjenstander med harde overflater.
Denne sorte skeptisismen begynte å tiltrekke sin egen skepsis, men da teleskoper til slutt fanget sorte hull i form av noe ekstraordinært. De siste syv årene begynte "folk å se stjerner falle i svarte hull, " sier Pawan Kumar, en astrofysiker ved University of Texas i Austin, der Wheeler forresten underviste i teoretisk fysikk i et tiår. "Dette er veldig veldig lyse ting som kan sees fra milliarder av lysår unna."
Flere av disse lyse, relativt raske stjernesvelgene har siden blitt observert. I fjor bestemte Kumar seg for at disse lysutslippene skulle gjøre en god test for å bevise eksistensen av hendelseshorisonten. "De fleste i samfunnet antok at det ikke er noen hard overflate, " sier Kumar. Imidlertid understreker han, "i vitenskapen må man være forsiktig. Du trenger bevis."
Så i 2016 arbeidet Kumar og hans samarbeidspartner Ramesh Narayan, fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, for å beregne hva slags effekter du forventer å se om en stjerne som svelges av et svart hull virkelig kolliderte med en hard overflate. Det vil være i likhet med å knuse en gjenstand mot en stein, sier Kumar, og skaper intens kinetisk energi som vil bli avgitt som varme og lys i flere måneder - eller til og med år.
Likevel fant en skanning av teleskopdata gjennom tre og et halvt år ingen tilfeller av lyssignaturene som han og Narayan beregnet ville bli utgitt hvis stjerner slo et hardt overflate svart hull. Basert på sannsynlighet hadde forskerne spådd at de burde ha funnet minst 10 eksempler i løpet av den tidsperioden.
Kumar kaller denne forskningen, som i år ble publisert i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, for et "godt skritt" mot å bevise begivenhetshorisonten. Men det er fremdeles ikke helt bevis. Et hardt overflate svart hull kunne teoretisk sett fortsatt eksistere i undersøkelsens beregninger. Men radiusen til den overflaten må være innenfor omtrent en millimeter fra det svarte hullets Schwarzschild-radius, eller punktet hvor hastigheten som er nødvendig for å unnslippe tyngdekraften, vil være lik lysets hastighet. (Legg merke til at Schwarzschild-radiusen ikke alltid er den samme som en hendelseshorisont, siden andre stjerneobjekter også har tyngdekraft).
"Grensene dette papiret plasserer på radius for en mulig solid overflate - 4 tusendels prosent utenom Schwarzschild-radius for et supermassivt kompakt objekt - er imponerende, " sier Bernard Kelly, en astrofysiker fra NASA som ikke var involvert i denne forskningen.
Kumar har allerede forsket i rørledningen for å begrense denne grensen ytterligere, til det punktet hvor det ville være nesten sikkert at det ikke kunne eksistere sorte hull med hard overflate. Det for ham ville være pålitelig bevis på at tradisjonelle sorte hull er den eneste typen sorte hull som opptar vårt univers. "Hvis det er fullført, vil det etter mitt syn stort sett stenge feltet, " sier Kumar. "Vi vil ha faste bevis på at Einsteins teori stemmer."
