Sorte hull, singulariteter og kvasarer

Sorte hull er så ekstreme naturvitenskaplige fenomen at de alltid har vært myteomspunnet selv blant garvede astronomer. Man har omtalt dem som plasser hvor alt kan skje, tenkt den som portaler til andre univers og gjerne sett for seg at de suger opp alt rundt seg i stor avstand. En snakker om uendeligheter på en upresis måte rundt både masse, energi, tid og romdimensjoner. Så hva er fakta og hva er science fiction i forhold til sorte hull?

Vi har flere typer sorte hull og kan starte med å beskrive såkalt stellare sorte hull eller sorte hull dannet av et kjempestjerne. Der hvor atomtrykket i kjernereaksjoner er brukt opp og solmassen er veldig stor, 25-40 ganger større enn sola, vil selv elektrontrykket være for svakt i forhold til gravitasjonskreftene. Elektronene vil også bli klemt inn i hverandre og protonene og elektronene som presses i hverandre, vil danne massive nøytroner. Men her er gravitasjonen så sterk at i motsetning til nøytronstjernene vil en fortsette å presse sammen også nøytronene. Da ender vi til slutt opp med et sort hull hvor gravitasjonskreftene er hvert fall så sterke at ingenting kan unnslippe, selv ikke lys.

En beskrev det gjerne tidligere som at det er en singularitet inni det sorte hullet hvor tettheten går imot uendelig på en uendelig liten plass. Det er det samme resultat vi får når vi går helt tilbake til starten på the big bang (senere artikkel). Vi har ingen fysikk som kan beskrive de fysiske forholda i disse ekstreme fenomenene som sorte hull og big bang. Men jeg tror i likhet med den mer nøkterne skole i astronomien at vi har en så ekstrem tetthet at vi snakker om en ny tilstand av materie som vi foreløpig ikke forstår. Jeg antar det her er snakk om en materie med frie kvarker. Ser vi på kvantefysikken gir den visse begrensninger både med tanke på tetthet og størrelse og vi snakker antakelig i big bang om en massetetthet på 10 opphøyd i 94 potens gram per kubikkcentimeter. For sorte hull sin del vil dette variere med innkommen masse, men ikke overgå denne tettheten. Diameter ved starten av big bang antar en er plank lengde (1,6 x 10 i minus 33 potens).

Sorte hull er ikke monster som suger til seg solsystem etter solsystem. Fakta er at om sola nå plutselig hadde blitt et sort hull hadde den ikke påvirket jordas bane og sugd til seg planetene. Det er massen til det sorte hullet, som til alle andre objekt, som avgjør hvor langt og sterkt gravitasjonskreftene når ut. Kommer vi nærme nok til et sort hull så vil vi ikke kunne unnslippe å bli dratt inn i kjernen. Denne grensen kalles eventhorisonten og defineres som området hvor unnslipningshastigheten er like stor som lysets hastighet.

Vi har i tillegg til stellare sorte hull med en masse på kanskje 30 ganger sola også supermassive svarte hull på millioner til en milliard ganger solas masse. Disse kan det se ut til at vi finner i sentrum av hver galakse. Større galakser ser ut til å ha større sorte hull i sentrum. Hubble ser faktisk ut til å vise oss at sorte hull og galakser utvikles sammen og at de supermassive hullene har 0,2% av galaksemassen i seg i en overraskende konstant fordeling.

Kvasarer er noen merkelige fenomen som ble først oppdaget i 1962. De kan først ligne blå stjerner i observatoriet. Men nærmere undersøkelser viste at de er ekstremt lyssterke kjerner i galakser som ligger flere milliarder lyssår borte fra oss. De kraftigste av disse kvasarene er tusen milliarder ganger mer lyssterk en sola! Disse galaksene har supertunge sorte hull i midten som sluker gass og stjerner som kommer for nærme. Det dannes en svær malstrøm av stoff som virvler innover mot det sorte hullet, og rett før gassene blir oppslukt innenfor eventshorisonten blir gassene voldsomt oppvarmet og avgir en intens stråling. Vi ser ikke det sorte hullet selv, det kan vi ikke siden ikke engang lys kan unnslippe dets gravitasjonsfelt, men vi ser det som skjer rett utenfor mens det sorte hullet fortærer materie. På grunn av den store energimengden som produseres her, kan vi se kvasarer som ligger mange milliarder lysår unna. Størrelsen på galaksene og de supertunge sorte hullene i midten henger sammen; større galakser har større hull.

Kvasarer avgir enormt mye energi, mer enn hundre vanlige galakser. De avgir energi i form av lys og stråling. Noen kvasarer avgir energi i form av en mer konsentrert høyenergistråle som har en enorm hastighet. De er observert med en hastighet på 99,9% av lysets hastighet. Slike kvasarer kalles blasarer.

Fysikere antar vi også har mirkoskopiske sorte hull som oppstår når to ekstremt energirike partikler kolliderer med hverandre. En jakter blant annet på dette i Cern og tror slike skapes og forsvinner stadig vekk i den øvre atmosfæren. Vi har dog enda ikke observert slike mikrohull. Sorte hull som fordamper vekk kan se ut til å ende opp som en stabil partikkel på Planck størrelse som er svakt interagerende og altså en WIMP. Disse kan være kandidater til å utgjøre en del av mørk materie.

Å reise inn i et vanlig sort hull vil være en meget ubehagelig opplevelse hvor du på grunn av den ekstremt aksellererende gravitasjonen vil bli spagettifisert og dratt fra hverandre. Det er fordi tyngdekraften merkes så sterkt at den vil dra mer på for eksempel beina enn hodet og du blir dratt som en strikk. Vi vil ikke nødvendigvis dø på samme måte i de supermassive hullene for selv om gravitasjonen er mye sterkere er det også et mye større område den fordeles på og altså en mindre bratt nedgang. Dermed blir ikke gravitasjonseffekten så ekstremt skiftende. Her vil vi nok likevel bli kokt etter hvert fordi vi blir fanga i en malstrøm av energi som blir dratt inn mot kjernen, vi havner med andre ord i et kaos av glovarmt plasma.

Sorte hull som ormehull og muligheter for reiser til en annen tid eller rom er mye diskutert og et populært tema i science fiction. Det er regnet matematisk og seriøst på dette, men et problem med teoretiske ormehull er at de, i likhet med de teoretiske hvite hull, er ekstremt ustabile og kollapser med den minste materietilførsel. Dette kommer vi mer tilbake til i senere artikkel om ormehull og tidsreiser.

Vi kan selvsagt ikke se et svart hull direkte, men vi kan observere dem indirekte ut fra hvordan de påvirker sine omgivelser. Både i form av bevegelser til stjerner i nærheten, og ut fra strålingen som omgir svarte hull etter energien som utløses i det objekt suges inn i dem. Teoretisk sett skal vi også kunne registere Hawkings stråling fra sorte hull. Dette er stråling fra virtuelle partikler (spontant oppstått partikkel og antipartikkelpar ut fra energien i rommet som normalt umiddelbart annihelerer hverandre) hvorav den ene forsvinner inn i det sorte hullet og den andre akkurat kommer utenfor eventhorisonten. Denne strålingen fører til at sorte hull faktisk sakte fordamper.


One Response to Sorte hull, singulariteter og kvasarer

  1. Avatar Eivindeo
    Eivindeo says:

    Sorte hull når oss aldri da universet expanderer med lysets hastighet umulig