Melbourne Planetarium
Svarta hål - En resa till det okända
Svarta hål väcker människors fantasi, men i sig är det inget mystiskt eller skräckinjagande med dem. De är astronomiska objekt liksom planeter, stjärnor eller galaxer. Svarta hål har dock många intressanta egenskaper.
Stora och små svarta hål
Det finns två typer av svarta hål: Sådana som uppstått från enskilda stjärnor och supermassiva svarta hål. När en tillräckligt massiv stjärna dör, kan det bildas ett svart hål. De yttre delarna av stjärnan exploderar som en supernova, men den inre kärnan blir kvar. Om kärnan har en tillräckligt stor massa, kommer den på grund av sin tyngdkraft att kollapsa till ett svart hål. I vår egen hemgalax Vintergatan räknar man med att det kan finnas ca 10 miljoner svarta hål, men av dem kan vi troligen bara upptäcka ca tusen. Hittills har man hittat lite fler än 20 av dem.
Benämningen supermassiva svarta hål beror på att de är hundratusentals, miljoner eller till och med miljarder gånger massivare än solen. Tillsvidare vet man inte exakt hur de uppstått, men nästan alla galaxer - också Vintergatan - verkar ha supermassiva svarta hål i centrum.
Hur ser det osynliga ut?
Till sin struktur är svarta hål på sätt och vis enkla. De består bara av två huvudkomponenter: händelsehorisonten och en singularitet.
Händelsehorisonten är det svarta hålets yttre rand. Den motsvarar en slags yta för det svarta hålet, men är ingen fysisk yta, utan mera som en osynlig bubbla i rymden. Från insidan av händelsehorisonten finns ingen återvändo. Inget, inte ens ljuset, kan fly från ett svart hål efter att händelsehorisonten överskridits. Därför kan vi inte heller se vad som händer innanför händelsehorisonten. Med hjälp av fysik och matematik kan vi ändå få någon slags uppfattning om hur det kanske är innanför denna gräns.
Singulariteten är i mitten av det svarta hålet. Till utsträckningen är den bara en punkt, där ändå det svarta hålets hela massa är koncentrerad. Allting som hamnar i det svarta hålet, pressas till slut in i denna singularitet. Tillsvidare kan vi inte förstå hur det är möjligt att så enorma mängder materia kan koncentreras i ett så litet utrymme. För att förstå singulariteten måste forskarna kunna kombinera de två centrala teorierna om universum: Den allmänna relativitetsteorin, som förklarar fenomen i stor skala, och kvantteorin, som förklarar fenomen i mycket liten, dvs. atomär skala.
Svart + hål = ett svart hål
Tyngdkraften ökar när man närmar sig ett svart hål, på samma sätt som den gör med vilken som helst kropp. Men vid händelsehorisonten är det svarta hålets tyngdkraft så stor, att inte ens ljuset kan fly från det. Eftersom det svarta hålet inte strålar eller reflekterar ljus, ser det fullständigt svart ut.
Enligt Einsteins relativitetsteori kan inget röra sig snabbare än ljuset. Om en gång ljuset inte kan fly från ett svart hål, så kan inget annat heller komma ut därifrån: Det är som ett bottenlöst hål i rymden. En del forskare, bl.a. Stephen Hawking har ändå hävdat, strålning kan sippra ut från svarta hål. Men för den som faller in i ett svart hål finns ingen återvändo.
Sökandet efter det osynliga?
Svarta hål kan bara upptäckas indirekt, t.ex. genom att observera materia som faller in i det. På samma sätt som vatten i ett badkar bildar en spiral när det rinner in i avloppet, kommer gas och stoft som faller in i ett svart hål röra sig i omlopp – och uppsamlas i en ackretionsskiva – innan materian försvinner bakom händelsehorisonten. I ackretionsskivan accelereras gasen till höga hastigheter och blir så het att den emitterar röntgenstrålning.
Det första svarta hålet av stjärnmassa, Cygnys X-1, upptäcktes 1971. Det rör sig i bana kring en annan stjärna och river åt sig gas från den. Gasen som störtar in i det svarta hålet bildar en ackretionsskiva, vars starka röntgenstrålning kan observeras med satellitburna röntgenteleskop.
De första supermassiva svarta hålen som upptäcktes finns inne i kvasarerna. Kvasarerna upptäcktes på 60-talet, men först senare framkom det, att de är exceptionellt starkt lysande kärnor i galaxer på miljarder ljusårs avstånd. Kvasarerna strålar extremt starkt, också i synligt ljus, på grund av att enorma mängder energi frigörs när mycket materia ramlar in i de supermassiva svarta hålen.
Svarta hål som uppkommit ur enskilda stjärnor har nödvändigtvis inte ackretionsskivor, men astronomerna har hittat på en metod att upptäcka även dessa svarta hål. När ett svart hål sett från oss passerar rakt framför en avlägsen stjärna, kan hålets enorma tyngdkraft böja ljuset från stjärnan som en lins och koncentrera det mot jorden. Då ser det ut som om stjärnan tillfälligt skulle lysa klarare.
Hur är det att falla in i ett svart hål?
Det svarta hålet har egenskaper som gör att det är en mycket speciell – men slutgiltig – upplevelse att falla in i det. Om du skulle se din vän falla in i ett svart hål och kunde höra hjärtslagen, skulle du märka att de blir långsammare när vännen närmar sig händelsehorisonten. Det svarta hålets enorma gravitation verkar nämligen få tiden att gå långsammare från din synvinkel sett. I själva verket skulle du inte se någon hamna in i det svarta hålet: personen faller mot det, men allt långsammare. Till slut rör sig din vän så långsamt, att tiden verkar stanna. Till sist skulle din vän blekna bort, för det blir allt svårare för ljuset att övervinna det svarta hålets tyngdkraft.
Om du själv föll in i ett svart hål, skulle tiden för dig verka gå normalt. Men det svarta hålets gravitation böjer rymden så kraftigt, att du framför dig ser objekt som egentligen är bakom dig.
Det svart hålets gravitation ökar så snabbt när man närmar sig det, att om du faller med fötterna före, utsätts de för en mycket starkare dragningskraft än huvudet. Du skulle alltså gå i bitar när gravitationen tänjer ut dig som spagetti. Ett supermassivt hål skulle vara mera skonsamt: ju större massa, desto långsammare ökar gravitationen nära händelsehorisonten. Spagettiseringen skulle alltså ske långsammare och nöjet vara längre. Tyvärr påverkar inte det svarta hålets storlek slutresultatet: att du i vilket fall som helst till sist skulle krossas in i singulariteten.
