De finnes overalt i universet. De kan veie en milliard ganger mer enn solen, og selv planeter, stjerner og lyset kan ikke slippe unna svarte hull hvis de kommer i nærheten av dem.

Betyr det at svarte hull etter hvert vil dominere hele universet?

Kan vi faktisk vi ende i et scenario der svarte hull til slutt har svelget all materie i universet slik at det bare er ett stort svart hull igjen?

Det vil Michael, en av videnskab.dks lesere, gjerne vite.

Vi har spurt to astrofysikere.

Men først må vi ha svar på hva som skjer når to svarte hull smelter sammen.

Teorien bak svarte hull er både komplisert og enkel. Derfor må vi ta en kjapp tur gjennom de siste årenes forskning på kollisjoner mellom svarte hull.

Oppsiktsvekkende måling fra rommet

Fram til for noen få år siden var svarte hull svært vanskelige å forske på siden de ikke sender ut lys.

Dessuten er universet kjempestort, mens svarte hull er relativt små.

Hvis man for eksempel tar solen og gjør den om til et svart hull, ville radiusen være omkring tre kilometer.

Så hvordan møtes to så små størrelser i et gigantisk univers? Her spiller gravitasjonsbølger en helt sentral rolle.

De ble observert for første gang 14. september 2015, da LIGO-detektoren (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) registrerte gravitasjonsbølger fra to kolliderende svarte hull som begge var omkring 30 ganger solens masse.

Da forskerne fant ut hvordan man kunne måle gravitasjonsbølger fra kollisjoner mellom svarte hull, begynte utviklingen på området virkelig å få opp farten, forklarer astrofysiker Johan Samsing:

– Teoretisk sett har man i flere tiår visst at svarte hull kan smelte sammen, men det var først for omkring sju år siden man rett så dette skje i virkeligheten. Det ble gjort mulig med hjelp fra to kilometerlange lasere som kunne se disse bølgene, forklarer Samsing, som er forsker ved Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Han fortsetter:

– Det var en enorm bragd siden utslaget bare er på størrelse med en atomkjerne.

Forklaringen på hvordan små svarte hull finner hverandre via gravitasjonsbølger, er relativt enkel:

Hvis man har to svarte hull som er tett på hverandre, men ikke har smeltet sammen enda, vil de i bevegelsen rundt hverandre sende ut gravitasjonsbølger og dermed energi.

En kosmisk «kvitring»

Etter hvert som gravitasjonsbølgene blir sendt ut, kommer to svarte hullene nærmere og nærmere hverandre.

Noen svarte hull vil kollidere, mens andre er så langt fra hverandre at de aldri vil møtes.

Hvis to svarte hull kolliderer, er det stor sannsynlighet for at det sammensatte svarte hullet vil bli sendt langt ut av galaksen. Det skyldes at det sendes ut store mengder gravitasjonsbølger.

Selv om selve kollisjonen foregår på et øyeblikk, tar det ufattelig lang tid for svarte hull å nærme seg hverandre, forklarer astrofysiker Peter Laursen:

– Alt etter hvor mye de veier, kan man regne ut hvor lang tid det tar for dem å smelte sammen. Her snakker vi om en periode på milliarder av år, sier Laursen, som er tilknyttet Niels Bohr Institutet som akademisk medarbeider.

Kollisjonen som ble målt av LIGO i september 2015, varte for eksempel en brøkdel av et sekund. Sammenstøtet var så kraftig at man kunne måle det på jorden, om lag 1,3 milliarder lysår unna.

LIGO-ingeniører konverterte senere gravitasjonsbølgene til lydbølger.

Lyden minner om en dråpe vann som drypper ned i vasken, eller kvitringen fra en fugl.

Hvilke typer av kollisjoner finnes?

Kollisjoner mellom svarte hull er viktig for å forstå hvordan de blir til.

Akkurat nå vet vi ikke hvordan svarte hull vokser seg større og heller ikke hvordan de skapes.

En måte svarte hull kan vokse på, er ved å svelge en mengde gass.

Men hvordan kan de svarte hullene man observerer, med en solmasse på 20 til 30, vokse seg hele til omkring 100 millioner ganger solmasser?

Det jobber astrofysikerne for å regne ut ved å se på de kollisjonene som man har observert så langt.

Siden den banebrytende observasjonen har LIGO observert omkring 100 kollisjoner av svarte hull. De har hatt ulike masser, alt fra et par solmasser opp mot 80.

Små svarte hull veier mellom 3 og 100 solmasser.

Svarte hull kan også spinne, men det ser også ut til å variere i hastighet når de kolliderer.

Ut fra observasjonene har man begynt å gjette på hvordan de svarte hullene blir dannet.

Det finnes tre måter man mener de blir dannet på:

1. I binære stjerner.
2. I kulehoper.
3. I gass-skiver.

La oss gjennomgå dem en for en.

Binære stjerner

Binære stjerner er tilfeldigvis dannet tett på hverandre. Om lag halvparten av stjernene i Melkeveien er binære. Det vil si to stjerner som går i bane rundt hverandre.

Hvis begge blir til to svarte hull, kan de kollidere. Det krever som nevnt at sendingen av gravitasjonsbølger bringer dem tilstrekkelig tett på hverandre.

Kulehoper

Melkeveien har omkring 150 kulehoper, samlinger av stjerner der det er mer enn 100.000 stjerner innen et veldig lite område. Der det er stjerner, regner man også med at det er svarte hull, siden de blir til som resultat av utviklingen av stjerner.

Det er vanskelig å observere, men det er indikasjoner på at det er flere av disse kulehopene som har svarte hull i seg. I så fall vil de svarte hullene falle inn i midten av disse kulehopene.

Det skjer fordi svarte hull er mye tyngre enn stjernene.

Der inne finnes mellom 10 og 1.000 svarte hull som vekselvirker med hverandre og nærmest skaper en hop av svarte hull.

Man kan regne ut at det er en viss sannsynlighet for at to svarte hull møter hverandre og kolliderer.

Gass-skiver

Den tredje teorien er fortsatt ikke observert, men den blir diskutert flittig i astrofysikernes kretser. Rundt supermassive svarte hull finnes det gass-skiver: roterende, sirkelformede legemer som består av tung gass.

De kan fange inn svarte hull som passerer gjennom dem.

Gassen og tyngdekraften som kommer fra det store svarte hullet i midten, holder fast på alle de svarte hullene. Det bringer dem sakte nærmere hverandre inne i midten.

– Gassen utøver en form for motstand for disse svarte hullene. Man kan sammenligne det med følelsen av å sykle i motvind. Så sjansen for at to svarte hull møter hverandre i disse gass-skivene, er relativt høy, forteller Johan Samsing.

Er ett stort, dominerende svart hull realistisk?

Forskere kan ved hjelp av matematiske modeller regne ut at det foregår mellom 100.000 og 1.000.000 kollisjoner hvert eneste år.

Samtidig kan de allerede se at svarte hull dominerer i noen områder i universet.

Inne i midten av galaksen vår har man for eksempel et såkalt supermassivt svart hull som er omkring 10 til 100 millioner ganger solens masse.

Det har sannsynligvis begynt som et ganske lite svart hull som har vokst seg større og større.

Mange av de svarte hullene man kjenner til, vil også vokse seg større og større.

Men bare ta det rolig!

Du trenger ikke være redd for at universet blir til ett stort svart hull.

Johan Samsing og Peter Laursen kan berolige Michael og alle andre med at det store massive svarte hullet i midten av Melkeveien og andre svarte hull i fjerne galakser ikke holder på å suge til seg jorden.

Du må nemlig huske på en rekke ting, forteller Samsing:

– Svarte hull suger ikke ting til seg, tross framstillingen i science fiction-filmer. Svarte hull oppfører seg som et hvilket som helst annet objekt med den samme massen. Svarte hull er bare veldig, veldig små, sier han.

– Hvis man for eksempel erstattet solen med et stort hull med samme masse, ville det ikke skje noe som helst. Det ville være helt svart på himmelen etter 10 minutter, men det ville ikke skje noe annet. Planetene ville gå i nøyaktig samme baner. Men det er riktig at når man kommer veldig, veldig tett på et svart hull, er det umulig å komme seg vekk.

I prinsippet kan det komme et svart hull tett på jorden, forteller astrofysikerne. Men her snakker vi om en tidsskala som er så langt inn i fremtiden at vi ikke aner hvordan universet ser ut på det tidspunktet.

Vi snakker altså om mange milliarder år. Til den tiden vil det antagelig skje helt andre ting med universet vårt.

For å svare på Michaels spørsmål står vi derfor ikke overfor en nær framtid der svarte hull dominerer universet.

Det kan imidlertid samle seg lokale hoper av svarte hull i våre og andre galakser.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.