Et svart hull er et romlig fenomen med ekstremt høye proporsjoner (vanligvis større enn solen) og med masse ekstremt kompakt, noe som resulterer i et tyngdefelt så sterkt at ingen partikler eller stråling klarer å komme seg ut.
Siden til og med lys suges inn, er tilstedeværelsen av et svart hull bevist av observerbare gravitasjonskonsekvenser. i omgivelsene, spesielt av baneendringene til nærliggende himmellegemer, som begynner å bli tiltrukket av hullet svart.
I tillegg hevder astronomer og forskere at et svart hull kan observeres på grunn av dets lysutslipp.
Første bilde av et svart hull
Første bilde av et sort hull på 40 milliarder kilometer i Galaxy M87, 50 millioner lysår fra jorden. Foto: Horizont Telescope event.
Det første bildet av et svart hull ble utgitt i april 2019 på en konferanse i Brussel. Det ble funnet, etter to års observasjon og forskning, av det internasjonale prosjektet kalt Event Horizon Telescope (EHT), som samler nesten et dusin radioteleskoper i verden, fra Europa til polen Sør.
På bildet er den eneste synlige delen av det svarte hullet den gylne sirkelen, kalt av astronomer "begivenhetshorisont " (begivenhetshorisont på portugisisk) eller "point of no return."
I sentrum av begivenhetshorisonten er det en uberegnelig massetetthet, kalt singularitet. Tyngdekraften til dette punktet er så sterk at ingen omkringliggende gjenstander kan unnslippe.
I teorien kan bare noe som beveger seg raskere enn lysets hastighet motstå gravitasjonsfeltet til et svart hull. Av denne grunn er det ikke mulig å vite sikkert hva som skjer med saken som blir sugd opp.
Hvordan dannes et svart hull?
Svarte hull er dannet av tyngdekollaps av himmellegemer. Disse fenomenene oppstår når det indre trykket i en kropp (vanligvis stjerner) ikke er tilstrekkelig til å opprettholde sin egen masse. Så når stjernens kjerne kollapser på grunn av tyngdekraften, eksploderer himmellegemet og frigjør store mengder energi i en hendelse kjent som supernova.
Representativt bilde av en supernova.
I løpet av en supernova, i en brøkdel av et sekund, komprimeres hele stjernens masse til kjernen når den beveger seg til omtrent 1/4 av lysets hastighet (faktisk er det akkurat nå de tyngste elementene i universet er opprettet).
Da vil eksplosjonen gi opphav til en nøytronstjerne eller, hvis stjernen er stor nok, vil resultatet være dannelsen av et svart hull, hvis astronomiske mengde konsentrert masse skaper nevnte gravitasjonsfelt. I den må rømningshastigheten (hastigheten som trengs for at noen partikler eller stråling skal motstå tiltrekningen) være i det minste større enn lysets hastighet.
Hvor stort er et svart hull?
Svarte hull kommer i forskjellige størrelser. Det minste som vitenskapen kjenner til, kalles uretsorte hull og antas å være størrelsen på et atom, men med den totale massen til et fjell.
Medium sorte hull (hvis masse er opptil 20 ganger solens totale masse) kalles stjernene. I denne kategorien er det minste sorte hullet oppdaget 3,8 ganger solmassen.
De største katalogiserte sorte hullene kalles supermassiver, ofte funnet i sentrum av galakser. Som et eksempel, i midten av Melkeveien, er Skytten A, et svart hull med en masse tilsvarende 4 millioner ganger solens masse.
Så langt kalles det største kjente sorte hullet S50014 + 81, hvis masse er førti milliarder ganger solens masse.
Typer sorte hull
Den tyske teoretiske fysikeren Albert Einstein formulerte et sett med hypoteser relatert til gravitasjon som tjente som grunnlag for fremveksten av moderne fysikk. Dette settet med ideer fikk navnet Generell relativitetsteori, der forskeren gjorde flere banebrytende observasjoner om gravitasjonseffekten av sorte hull.
For Einstein er sorte hull “deformasjoner i romtid forårsaket av den enorme mengden konsentrert materie”. Teoriene hans fremmet rask fremgang i området og muliggjorde klassifisering av forskjellige typer sorte hull:
Schwarzschild Black Hole
Schwarzschild sorte hull er de som ikke har elektrisk ladning og heller ikke har vinkelmoment, det vil si at de ikke roterer rundt sin akse.
Kerr svart hull
Kerr-sorte hull har ingen elektrisk ladning, men roterer rundt aksen.
Reissner-Nordstrom svart hull
Reissner-Nordstroms sorte hull har en elektrisk ladning, men roterer ikke rundt aksen.
Kerr-Newman Black Hole
Kerr-Newman sorte hull bærer en elektrisk ladning og roterer rundt sin akse.
I teorien blir alle slags sorte hull etter hvert Schwarzschild (statiske og uladede) sorte hull når de mister nok energi og slutter å rotere. Dette fenomenet er kjent som Penrose-prosess. I slike tilfeller er den eneste måten å skille ett Schwarzschild-sorte hull fra et annet ved å måle massen.
Struktur av et svart hull
Svarte hull er usynlige siden gravitasjonsfeltet er uunngåelig selv for lys. Dermed ser et svart hull ut som en mørk overflate som ingenting reflekteres fra, og det er ingen bevis for hva som skjer med elementene som suges inn i den. Imidlertid, fra og med observasjonen av effektene de forårsaker i omgivelsene, strukturerer vitenskap sorte hull i begivenhetshorisont, singularitet og ergosfære.
Begivenhetshorisont
Grensen til det svarte hullets gravitasjonsfelt som ingenting observeres fra kalles hendelseshorisont eller Ingen vei tilbake.
Grafisk fremstilling av en begivenhetshorisont, levert av NASA, der en perfekt sfære blir observert der det ikke sendes noe lys fra.
Til tross for at det faktisk bare er gravitasjonsmessige konsekvenser, betraktes begivenhetshorisonten som en del av strukturen til et svart hull fordi det er begynnelsen på fenomenets observerbare område.
Formen er kjent for å være perfekt sfærisk i statiske sorte hull og skrå i roterende sorte hull.
Fordi gravitasjonstidsdilatasjon, påvirkningen som det svarte hullets masse utøver på romtid fører til at hendelseshorisonten, selv utenfor dets område, har følgende effekter:
- For en fjern observatør ville en klokke nær begivenhetshorisonten bevege seg saktere enn en lenger unna. Dermed ser det ut til at ethvert objekt som suges inn i det svarte hullet, bremser til det ser ut til å være lammet i tide.
- For en fjern observatør ville objektet som nærmer seg begivenhetshorisonten anta en rødlig fargetone, en konsekvens av fysisk fenomen kjent som rødskift, da lysfrekvensen reduseres av hullets gravitasjonsfelt svart.
- Fra objektets synspunkt vil tiden gå med en akselerert hastighet for hele universet, mens tiden for deg vil gå normalt.
Singularitet
Midtpunktet til et svart hull, der stjernemassen har blitt uendelig konsentrert, kalles en singularitet, som lite er kjent om. I teorien inneholder singulariteten den totale massen til den kollapset stjernen, pluss massen til alle kroppene sugd opp av gravitasjonsfeltet, men den har ikke volum eller overflate.
Ergosfæren
Ergosfæren er en sone som omgir begivenhetshorisonten i roterende sorte hull, der det er umulig for et himmellegeme å forbli stillestående.
I følge Einsteins relativitet har en hvilken som helst roterende gjenstand en tendens til å dra romtid nær den. I et roterende svart hull er denne effekten så sterk at det vil kreve at himmellegemet beveger seg i motsatt retning med en hastighet som er større enn lysets hastighet for å forbli stasjonær.
Det er viktig å ikke forveksle ergosfæreffekter med hendelseshorisonteffekter. Ergosfæren tiltrekker seg ikke gjenstander med gravitasjonsfeltet. Dermed vil alt som kommer i kontakt med det bare bli fordrevet i romtid og vil bare tiltrekkes hvis det krysser begivenhetshorisonten.
Stephen Hawking's Black Holes Theories
Stephen Hawking var en av de mest innflytelsesrike fysikerne og kosmologene i det 20. og 21. århundre. Blant hans mange bidrag løste Hawking flere teoremer foreslått av Einstein at bidro til teorien om at universet startet i en unikhet, noe som ytterligere forsterket anrop Big Bang teorien.
Hawking mente også at sorte hull ikke er helt svarte, men avgir små mengder termisk stråling. Denne effekten ble kjent i fysikk som Hawking-stråling. Denne teorien forutsier at sorte hull vil miste masse når strålingen frigjøres, og i en ekstremt langsom prosess, vil de krympe til de forsvinner.
Se også:
- Relativitetsteorien
- Tyngdekraft
- det store smellet
