Bakgrunn: Hva er et sort hull?

Et sort hull er et objekt i rommet med så stor massekonsentrasjon at ingen ting, ikke en gang lys, klarer å komme unna gravitasjonens klør så fort det er fanget. Hullet sluker alt som kommer for nære.

Published

Sorte hull suger til seg masse: Gass, planeter eller hele stjerner. Bare i vår egen Melkeveien kjenner vi nå til rundt 20 sannsynlige sorte hull, og supertunge sorte hull ser ut til å finnes i sentrum av de fleste galakser.

Fordi de også suger til seg lys synes de ikke, og forskerne har slitt i mange år med å bevise at de faktisk eksisterer. Den eneste måten å finne dem på, er å studere effekten de har på omgivelsene rundt seg.

Selv om de kalles hull, er det ikke slik at forskerne tror massen forsvinner til et eller annet sted utenfor vår fatteevne. Det er kanskje bedre å tenke på fenomenene som gravitasjonsbrønner enn faktiske hull.

Materien forsvinner

Innerst i kjernen av de fleste galaksene finnes det såkalte supertunge sorte hull. De veier fra noen millioner til ti milliarder ganger mer enn Solen. Gass, støv og stjerner som hullene suger til seg, virvler voldsomt rundt hullet og blir “knadd”, knust og sammenpresset før materien forsvinner inn i hullet for alltid.

I denne knuseprosessen blir gassen voldsomt oppvarmet og stråler kraftig. Astronomene har observert røntgenstråling, lys og radiostråling fra slike fenomener. De har også observert en stjerne som beveger seg i vill fart rundt det sorte hullet midt i vår egen galakse.

Krefter i balanse

All masse er omgitt av et tyngdefelt. To mennesker som veier like mye trekker på hverandre med like store tyngdekrefter, men disse kreftene er som regel så små at de ikke merkes i forhold til den sterke tyngdekraften fra Jorda.

Store legemer trekker mye mer på materien som omgir dem. Et sort hull er et område i rommet som er så massivt at det fanger alt som kommer i nærheten - til og med lyset.

Mens tyngdekraften på en stjerne gjør at materie på stjernas overflate vil trekkes inn mot sentrum, er det innvendige gasstrykket utadretta, og gjør at materien dyttes utover.

Dersom disse to kreftene er i balanse, vil stjerna verken krympe på grunn av gravitasjonen, eller vokse på grunn av gasstrykket. Dette er dagens tilstand for Sola.

Når tyngdekreftene tar over

Men vi har hørt at stjerner dør eller kollapser. En stjernes levetid er begrenset av hvor mye “brennstoff” den har: Brenselet blir brukt opp, for eksempel ved at alt tilgjengelig hydrogen blir gjort om til helium. Da slukner “bålet”.

Når det ikke er mer stoff å lage energi av, vinner tyngdekraften over gasstrykket, og stjerna vil trekke seg langsomt sammen eller kollapse hurtig, avhengig av indre oppbygning.

Atom- og elektrontrykk

Det finnes også andre krefter som holder stjerna oppe: Krefter som virker mellom atomer, og mellom elektronene inne i atomene. De er grunnen til at hånda ikke går gjennom bordplata når du slår i den.

Det skal enorme krefter til for å overvinne elektrontrykket. For en stjerne på størrelse med Sola er dette trykket nok til å forhindre at den kollapser under sin egen tyngde. Sola er nemlig alt for liten til at den noensinne vil bli et sort hull.

Men for stjerner med en masse som er tre-fem ganger større enn Sola, er verken atomtrykket eller elektrontrykket sterkt nok til å motstå tyngdekreftene som etter hvert vil ta overhånd. Atomene vil trykkes inn mot hverandre, og etter hvert vil det samme skje med elektronene.

Abstrakt simulert bilde av et sort hull. (Foto: Colourbox)
Abstrakt simulert bilde av et sort hull. (Foto: Colourbox)

Kollaps

Av disse dannes store mengder massive nøytroner, men de klarer heller ikke alltid å holde stand mot tyngdekreftene. Ifølge dagens teorier vil stjerna kollapse til ett veldig lite punkt, og bli det vi kaller et sort hull.

Det er forskjell på stjernas masse og sluttmassen på det sorte hullet. Dersom stjerna gjennomgår en supernovaeksplosjon, blir bare en ganske liten del av opprinnelig masse liggende igjen. Det er størrelsen på denne som bestemmer om det blir en nøytronstjerne eller et sort hull.

Forskerne har hatt store problemer med å forstå hva som skjer i en stjernes dødsfase, men har fått en bedre oversikt de siste årene. På slutten av sine liv blir kjernene i tunge stjerner gradvis tettere og varmere, og kjernereaksjoner omdanner gasser til stadig tyngre grunnstoffer. Til slutt består kjerna av jern og nikkel, og da nærmer vi oss slutten - stjerna begynner å kollapse.

Vrenger verdensrommet

På brøkdeler av et sekund blir kjerna pakket sammen til en ufattelig tett og veldig liten klump. Dersom kjerna ender opp med mer enn tre ganger Solas masse, er det ikke noe som klarer å motstå tyngdekreftene som klemmer kjernen sammen til et nesten uendelig lite punkt.

Samtidig som det slurper i seg materie som kommer for nære, vrenger det sorte hullet selve verdensrommet rundt seg, noe som er vanskelig å fatte selv for forskerne.

Kosmiske støvsugere?

Det sorte hullet suger til seg materie, og et klassisk spørsmål er hvorfor det ikke trekker til seg all materien i Universet. På samme måten som planetene ikke faller inn mot, men er stabile i sine baner rundt Sola, har også sorte hull en begrenset innfallssone.

Først når den kommer innenfor denne sona, fanges materien av gravitasjonsfeltet. Dersom man kunne fått et sort hull med samme masse som Sola, ville ikke det sorte hullet være bedre til å trekke til seg masse enn Sola selv.

Som en utslagsvask

Når masse faller inn i et tyngdefelt, øker massens fart, og dermed også energien. Dersom store materiemengder faller inn samtidig, vil det snurre rundt det sorte hullet som vann på vei ned avløpet i en utslagsvask.

Friksjonen innad i materien vil gjøre en del av energien om til varme. Varmen omdannes til stråling; for eksempel synlig lys og røntgenstråler.

Forbi hendelseshorisonten

I fysikkens terminologi sier man at massen forsvinner forbi hendelseshorisonten (“event horizon”). Dette er den mystiske teoretiske flaten som omgir et sort hull. Alt som kommer innenfor er fanget for alltid.

Hendelseshorisonten markerer grensa hvor lyset ikke lenger klarer å komme seg unna kreftene i hullet. Hva enn det er som skjer innenfor, vil aldri bli mulig å se fra utsiden.

Milliarder ganger Solas masse

Når materie nærmer seg et slikt hull, blir den dratt ut i en malstrøm som virvler i spiral inn mot hullet. For å forklare den forbløffende energiproduksjonen i kvasarer og andre aktive galakser, gjetter man at det finnes sorte hull med masser fra en million til flere milliarder ganger Solas masse.

Mye bevismateriale som støtter denne modellen har samlet seg de siste årene, inkludert registreringen av store konsentrasjoner av masse i galaksenes sentrale regioner.

Melkeveiens sorte hull

Melkeveiens massive sorte hull er relativt lite og inaktivt. Andre galakser er kjent for å ha sentrale objekter med en masse som tilsvarer milliarder av stjerner. Disse sorte hullene karakteriseres som aktive, og de konsumerer grådig massen rundt seg.

Forskerne vet ikke hvorfor det sorte hullet i Melkeveien er relativt rolig - kanskje er det bare inne i en kulinarisk pause etter milliarder av år med høyt masseinntak.

Minihull?

Tross i beregningene om at Melkeveiens sorte hull har en masse som er nesten tre millioner ganger Solens, har det pinglestatus på skalaen for supermassive sorte hull, som rangerer fra en million til tre milliarder solmasser.

Men forskerne grubler også på muligheten for mindre sorte hull - 1 000 ganger mindre enn det i vår egen galakse.

Einstein og relativitetsteorien

Sorte hull ble forutsett av Einsteins generelle relativitetsteori, som nå er mer enn 80 år gammel. Forskerne trodde egentlig ikke på at slike objekter eksisterte før på 1960-tallet, da man fant bevis på at noen gamle stjerner hadde kollapset og dannet små sorte hull, bare noen få ganger mer massive enn vår egen Sola.

På samme tid oppdaget man også kvasarer; de skinnende midtpunktene i galakser. Den enorme energien de produserer kan bare skyldes et stort og sultent sort hull, tror forskerne.

Selv om man ikke klarer å se forbi hendelseshorisonten, har man i dag registrert så mange av de sorte hullenes virkninger på omgivelsene, at man regner dem for et faktum.

Lenker:

Astrofysisk institutt UiO: Sorte hull
Atrofysisk institutt UiO: Masse animasjoner
NASA: Black Holes
Hubbleteleskopet: Bilder av sorte hull
Amazing space: The truth about black holes
National Center for Supercomputing Applications: Black Holes and Beyond
NASA: Constellation X
NASA: Energy from a black hole
NASA: A Galactic Centre Mystery
NASA: Stellar Evolution and Death
NASA: A New Class of Black Holes
NASA: Massive Black Holes Information Center
NASA: Black Holes and Neutron Stars

Alle illustrasjoner: NASA

Abstrakt simulert bilde av et sort hull. (Foto: Colourbox)
Abstrakt simulert bilde av et sort hull. (Foto: Colourbox)