Sort hul

For alternative betydninger, se Hul.

Et sort hul er en samling af masse så tæt, at selve rumtiden kolapser, dette danner et tyngdefelt så masivt, at end ikke elektromagnetiske bølger (f.eks. radiobølger og lys) kan undslippe. Regionen hvor ingenting kan undslippe kaldes begivenhedshorisonten og alt massen der passerer begivenhedshorisonten ender i et punkt kaldet singulariteten.

Databehandlede måledata fra mange radioteleskopers modtagne radiobølger med en bølgelængde på 1,3 mm (EHF; millimeterbølger) udenfor, men tæt på, det sorte huls begivenhedshorisont i centrum af galaksen M87. Kilde: (2019). "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole". The Astrophysical Journal 875. DOI:10.3847/2041-8213/ab0ec7. ISSN 2041-8213. Figure 3.

En kunstners opfattelse af et sort hul, men formodentlig uden gravitationslinsevirkning af stjernerne i baggrunden.

Et simuleret billede af et sort hul, set på en afstand af 600 km med Mælkevejen i baggrunden.

Sorte huller er så tæt sammenpresset, som gør at tyngdekraften er meget stor. Tyngdenkraften er så stor, at ingen ting kan slippe væk fra det (heller ikke lyset). Samtidig med det er tyngdekraften også så stor, at den fanger alt, der kommer i nærheden af det eks. Gas, stjerner osv. Et massivt sort hul træffes ofte i centrum af en galakse, og de bliver i dag af mange forskere anset for at spille en vigtig rolle i galaksedannelse. Teoretiske overvejelser antyder at der er fra 100 millioner til 1 milliard sorte huller i vores Mælkevej, men indtil begyndelsen af 2017 var der kun fundet omkring 60.

Hvis Jorden blev presset sammen til en tæthed som et sort hul, ville den fylde som en lille nød eller sukkerknald. Det indtil videre største observerede sorte hul har en masse, som er cirka 12 milliarder gange større end Solens, hvilket betyder at deres begivenhedshorisont kan være op til en promille af et lysår.

Opdagelser

I 2008 blev det sandsynliggjort, at der er et stort sort hul i centrum af vores galakse Mælkevejen kaldet for Sagittarius A*. Ifølge ESOs beregninger, skulle det sorte hul have en masse på ca. 4.000.000 gange vores egen sol. Et sort hul med en meget lysende skive af gas omkring sig der kaldes en kvasar, en ældgammel form for galakse. Denne udsender en stærk stråling af både radiobølger, lys og røntgenstråling, hvilket gør den til et meget lysstærkt objekt.

I 2020 blev det sandsynliggjort af astronomer fra European Southern Observatory, at det nærmeste opdagede sorte hul (del af HR 6819) er en del af Kikkerten, hvilket vil sige at det kun er 1000 lysår fra Jorden, Solsystemet.

Opbygning og egenskaber

Der findes flere forskellige typer sorte huller, og de kan alle beskrives ud fra tre egenskaber: masse, rotation og ladning. Det mest simple er et Schwarzschild sort hul, der har ingen rotation og ladning.

Illustration af to af de mest almindelige sorte huller, henholdsvis Schwarzschild og Kerr.

Begivenhedshorisonten

Begivenhedshorisonten er der, hvor selv ikke lys kan slippe ud af det sorte huls massive tyngdefelt, hvilket også gør det umuligt for information at komme ud igen, hvis det først har passeret begivenhedshorisonten. Det er også derfor, de har fået navnet "sorte huller", fordi de ikke kan observeres, hvilket gør dem helt sorte.

Indenfor det sorte huls begivenhedshorisont, falder rumtiden hurtigere indad end "lyset" - eller rettere lysets hastighed i vakuum.

Det sorte hul har principielt ikke nogen udstrækning, idet alt her er samlet i et enkelt punkt. Men det sorte huls størrelse/masse kan betegnes ved dets begivenhedshorisont, som udgør grænsen for, hvornår en begivenhed kan undslippe det sorte hul. Således er det sorte hul karakteriseret ved, at ekstrem meget masse er presset sammen på meget lidt plads (eller ingen plads).

Radiusen af begivenhedshorisonten, også kaldet Schwarzschild-radiusen, kan beregnes for et Schwarzschild sort hul (ikke-roterende) ved

${\displaystyle r_{s}={\frac {2GM}{c^{2}}},}$

hvor ${\textstyle G}$ er gravitationskonstanten, ${\textstyle M}$ er massen af det sorte hul og ${\textstyle c}$ er lysets hastighed.

Singulariteten

Al massen i et sort hul bliver samlet i et punkt kaldet singulariteten, singulariteten har ingen størrelse, men indeholder al massen fra det sorte hul. Den kommer ud fra løsningerne af Albert Einsteins generelle relativitetsteori, som et punkt hvor generel relativitetsteori bryder sammen.

Ergosfæren

Ergosfæren er en region ved et Kerr sort hul (roterende), mellem begivenhedshorisonten og en grænse kaldet den statiske grænse, hvor alt bliver tvunget til at rotere med rundt, så ingenting kan stå stille, heller ikke lys. Rotationen er så kraftig tæt på begivenhedshorisonten, at et objekt skal bevæge sig med mere end lysets hastighed, i modsat retning, for at stå stille.

Grupper

Sorte huller deles i tre grupper:

1. Sorte huller med en størrelse som atomers med en masse på omkring det, der svarer til et stort bjerg. Disse kaldes også oprindelige sorte huller (af primordial black holes).
2. Sorte huller med masser som stjerners.
3. Sorte huller som har masser som milliarder af stjerner kaldes massive sorte huller (MBH). De formodes at være i centrum af aktive galakser og almindelige galakser.

Første gruppe

Forventes at være skabt i det tidlige univers, kort efter Big Bang.

Anden gruppe

Den første kategori er "slutresultatet" af en stor stjernes voldsomme undergang i en supernova-eksplosion af typerne Ib, Ic II, IIL, IIP eller IIn eller af et sammenstød mellem 2 neutronstjerner eller 2 hvide dværge. Herved kollapser stjernens indre dele til et punkt, hvor tyngdekraften overvinder alt andet, herunder det udadrettede tryk, som det komprimerede stof udøver. Det sorte hul bliver dannet ved at alle neutroner samles på et sted og laver et så stor pres at der skabes et sort hul som er ugennemtrængelig.

Tredje gruppe

Den anden kategori findes i gamle galakser, hvor mange store stjerner har haft tid til at "leve deres liv" og ende som sorte huller: Disse sorte huller falder sidenhen sammen til endnu større sorte huller.

Et sort huls liv

Et sort hul er ikke nødvendigvis "endestationen" for stjernernes stof. Stephen Hawking brugte i 1973 Werner Heisenbergs såkaldte Heisenbergs ubestemthedsrelationer til at opstille en teori, hvori masse kan "undslippe" det sorte hul. Denne effekt er ifølge teorien mere intensiv for små sorte huller end for større, så hvis teorien holder, vil sorte huller "fordampe", først langsomt, men sidenhen hurtigere og hurtigere. Jf. teorien, udsender de sorte huller altså en stråling kaldet Hawkingstråling.

I januar 2014 offentliggjorde Stephen Hawking en artikel Information preservation and weather forecasting for black holes, hvori Hawking argumenterer for, at den traditionelle definition af sorte huller, som steder med en veldefineret grænse, hvorfra intet undslipper, muligvis ikke er en korrekt beskrivelse af fænomenet, idet definitionen strider mod kvantefysikken. Ifølge Hawkings teori er grænsen for sorte huller ikke definitiv, men derimod tilsyneladende, hvilket muliggør, at i princippet hvad som helst kan komme ud af et sort hul, herunder også information. Hawkings artikel har ikke været gennem peer review, hvorfor artiklen (endnu) ikke har været systematisk bedømt af andre fysikere.

Spejlbilleder omkring sorte huller

I juli 2021 publicerede Albert Sneppen (i bl.a. Scientific Reports) en matematisk formulering af, hvordan lys afbøjes og indfanges omkring sorte huller og derved kan komme til at fungere som en spejlning af Universet. Spørgsmålet om, hvordan lyset afbøjes nær sorte huller, har været en uløst gåde for forskere i flere årtier. Sneppens formel skabte øjeblikkelig international opmærksomhed.

Se også

• Preon-stjerne
• Q-stjerne
• Rumtid
• Hændelseshorisont

Kildehenvisninger

1. Hvad er et sort hul? Videnskab.dk 2009
2. Blundell, Katherine (2018). Hanne-Luise Danielsen, Jens Matthiesen (red.). Sorte huller - fysikernes udforskning af universets særeste fænomen (1 udgave). Bonnier Publications International. s. 98. ISBN 978-82-535-3809-9.
3. Hints of a quiet, stray black hole. EarthSky 2017
4. Massive black hole discovered near heart of the Milky Way. The Guardian 2017
5. An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30, Nature.com, 25. februar 2015 (engelsk)
6. Ing.dk: Video beviser for første gang sort hul i Mælkevejen
7. Ing.dk: Video: Se beviset for det sorte hul i Mælkevejen
8. eso.org: Location of the HR 6819 in the constellation of Telescopium Citat: "...This map shows most of the stars visible to the unaided eye under good conditions and the system itself is marked with a red circle...", backup
9. 06 maj 2020, videnskab.dk: Astronomer finder usynligt sort hul, som er det tætteste på Jorden Formentlig ligger der hundreder af millioner af sorte huller skjult i vores galakse, mener forskerne Citat: "...Astronomer fra Det Europæiske Sydobservatiorium (ESO) i Chile har spottet et sort hul 1.000 lysår fra Jorden, hvilket er det tætteste på Jorden, man hidtil kender til...Omkring det nyopdagede sorte hul kredser to stjerner, der er en del af stjernebilledet Kikkerten, der kan ses med det blotte øje på den sydlige halvkugle..."
10. May 6, 2020, scitechdaily.com: Astronomers Discover Hidden Black Hole “Near” Earth – Closest Ever Found to Our Solar System
11. Free Access: “A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary” by Th. Rivinius, D. Baade, P. Hadrava, M. Heida and R. Klement, 6 May 2020, Astronomy & Astrophysics, DOI
12. Andrew Hamilton's Homepage: Inside Black Holes: A Black Hole is a Waterfall of Space, backup Citat: "... I prefer a different definition. A black hole is a place where space is falling faster than light..."
13. What Are Black Holes? - NASA
14. Information preservation and weather forecasting for black holes, Stephen Hawking, 22. januar 2014
15. Stephen Hawking: ‘There are no black holes’, nature.com, 24.01.2014
16. Stephen Hawking’s new theory offers black hole escape, newscientist.com, 24.01.2014
17. Videnskab.dk, Forskerzonen, 17. august 2021: Peter Laursen - "Dansk fysikstuderende løser gåde om sorte huller"
18. Divergent reflections around the photon sphere of a black hole Albert Sneppen på nature.com hentet 11. september 2021
19. Heaven32, 13. juli 2021: "Ahora tenemos matemáticas precisas para describir cómo los agujeros negros reflejan el universo"
20. Unboxholics, 17. juli 2021: "Φοιτητής υπολόγισε με μαθηματικά την παραμόρφωση του σύμπαντος γύρω από τις μαύρες τρύπες"
21. Cornell University, 8. juli 2021: Albert Sneppen - "Divergent Reflections around the Photon Sphere of a Black Hole"
22. Astronomy StackExchange, 25. juli 2021: "Could dark matter exist in the Universe in the form of sufficiently dense objects?"
23. europa press, 19. juli 2021: "Cómo el universo es reflejado cerca de los agujeros negros"
24. Warp News, 15. juli 2021: "Longtime math mystery of black holes solved"
25. Politiken, 31. august 2021: Lasse Foghsgaard - "Han har løst en gåde, fysikere har jagtet i 40 år: »Jeg har beskæftiget mig med fysik og astronomi siden 1995, og jeg kan ikke umiddelbart mindes noget tilsvarende«"

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Sort hul

• Einstein skal kaste lys over sorte huller. Videnskab.dk
• De første sorte huller levede af gas. Videnskab.dk
• Stor gassky på kollisionskurs med Mælkevejens sorte hul. Videnskab.dk
• Rekordtunge sorte huller
• 5.11.2003, Ing.dk: Varm gas set falde i Mælkevejens sorte hul (Webside ikke længere tilgængelig) Citat: "...Teorien siger, at et sort hul kun har masse, rotation og elektrisk ladning..."
• 10,000 Stellar-Mass Black Holes Exist in Milky Way’s Central Region, Astronomers Say. Sci News 2018
• 2004-04-02, ScienceDaily: Radio Astronomers Lift 'Fog' On Milky Way's Dark Heart; Black Hole Fits Inside Earth's Orbit
• 29 October 2003, PhysicsWeb: A new spin on black holes
• 2005-01-13, Sciencedaily: Going Beyond Einstein: Spacetime Wave Orbits Black Hole Citat: "...Near the black hole, gravity is rather intense, but light still can muster an escape by climbing out of the black hole's gravitational "well," losing energy during the climb...In that case, the low-frequency QPO flickering is caused by the fabric of space itself churning around the black hole in a wave..."
• 2002-01-25, Sciencedaily: Black Hole Mystery Mimicked By Supercomputer Citat: "..."In this case, jets of pure electromagnetic energy are ejected by the magnetic field along the north and south poles above the black hole," Meier added. "The jets contain energy equivalent to the power of the Sun, multiplied ten billion times and then increased another one billion times."..."
• black hole Arkiveret 12. april 2003 hos Wayback Machine
• Advanced Science: Black Holes
• NASA, 11/19/02, Chandra makes first positive I.D. of active binary black hole Arkiveret 16. juni 2006 hos Wayback Machine
• NASA, 10/03/02, Chandra captures evolution of black hole X-ray jets Arkiveret 26. juni 2006 hos Wayback Machine
• NASA, 09/12/02, Chandra finds surprising black hole activity in old galaxies Arkiveret 26. juni 2006 hos Wayback Machine
• ScienceDaily, 2003-06-20, A First Look At The Doughnut Around A Giant Black Hole
• Stanford, Dr. Sten Odenwald, Special & General Relativity Questions and Answers:
• How do you really know that the limits to general relativity for strong fields are set inside black holes?