Hvordan fungerer et sort hul?

Hvad er et sort hul?

Et sort hul er et område i rummet med en så ekstrem tyngdekraft, at intet – hverken stof eller lys – kan undslippe det. De fleste sorte huller med stjernestørrelse (såkaldte stellare sorte huller) opstår, når en meget massiv stjerne bruger sit brændstof op og kollapser under sin egen vægt i en voldsom supernova-eksplosion. Tilbage efterlades et ekstremt kompakt objekt, hvis masse er koncentreret i et uendeligt lille punkt kaldet en singularitet. Schwarzschild-radius betegner den kritiske afstand fra singulariteten, inden for hvilken flugtfarten overstiger lysets hastighed.

Den usynlige grænse omkring et sort hul kaldes hændelseshorisonten. Når stof krydser denne grænse, er det fortabt for resten af universet. Tæt på hændelseshorisonten er tyngdekraften så uensartet, at et objekt – for eksempel en astronaut – ville blive strukket ud som spaghetti i en proces kaldet spaghettification. Sorte huller udsender ikke lys selv, men de kan opdages indirekte via den varme akkretionsskive af gas og støv, der hvirvler rundt om dem, og via Hawking-stråling, en kvantefysisk effekt der forudsiger, at sorte huller langsomt fordamper over astronomisk lang tid.

Sådan fungerer det

1. Stjernens kollaps: En stjerne med mere end omkring otte solmasser ender sit liv i en supernova. Kernen imploderer øjeblikkeligt og danner enten en neutronstjerne eller, hvis massen er tilstrækkelig stor, et sort hul. Al massen samles i singulariteten med uendelig densitet.
2. Schwarzschild-radius: Den radius, inden for hvilken flugtfarten overstiger lysets hastighed, beregnes ud fra massen. For Solen ville den være cirka tre kilometer. Jo større massen er, desto større er hændelseshorisonten.
3. Hændelseshorisonten: Stof og stråling kan frit falde ind, men intet kan komme ud igen. For en fjern observatør ser det ud som om et faldende objekt fryser og rødforskyder ved horisonten på grund af tidsdilatation.
4. Akkretionsskiven: Gas og støv, der tiltrækkes af det sorte hul, danner en roterende skive. Friktion opvarmer materialet til millioner af grader, og skiven udsender kraftig røntgenstråling, som teleskoper kan måle.
5. Hawking-stråling: Kvantemekanik forudsiger, at partikel-antipartikel-par dannes ved hændelseshorisonten. Den ene falder ind, den anden undslipper som stråling, hvilket over astronomisk lang tid får det sorte hul til gradvist at miste masse og fordampe.

Interessante fakta

• Det supermassive sorte hul i centrum af Mælkevejen, Sagittarius A*, har en masse svarende til cirka fire millioner sole.
• Det første billede af et sort huls skygge blev offentliggjort i 2019 af Event Horizon Telescope-samarbejdet og viste galaksen M87's centrale sorte hul.
• Hvis Solen magisk blev til et sort hul, ville Jordens bane forblive uændret – tyngdekraften afhænger kun af massen, ikke af objektets størrelse.
• Tid går langsommere tæt på et sort hul; en astronaut nær hændelseshorisonten ville opleve langt færre sekunder end en observatør langt væk.
• Sorte huller kan fusionere; sammenstødet udsender gravitationsbølger, der rejser med lysets hastighed gennem universet og kan registreres af LIGO-detektorer på Jorden.

Ofte stillede spørgsmål

Kan et sort hul sluge hele universet?

Nej. Et sort hul tiltrækker stof via tyngdekraft ligesom enhver anden massefyldt genstand. Det er kun objekter, der kommer tæt nok på, der risikerer at blive trukket ind. Sorte huller bevæger sig ikke rundt og suger alt op; de ligger stille, medmindre de er en del af et dobbeltstjernesystem eller en galaksekerne.

Hvad sker der inde i et sort hul?

Det ved vi ikke med sikkerhed. Vores nuværende fysiske teorier – både Einsteins relativitetsteori og kvantemekanik – bryder sammen ved singulariteten. En komplet teori om kvantegravitation, som endnu ikke er udviklet, vil være nødvendig for at forstå, hvad der faktisk sker inde i et sort hul.