Ett svart hål är ett rumsligt fenomen med extremt höga proportioner (vanligtvis större än solen) och med massa extremt kompakt, vilket resulterar i ett så kraftigt gravitationsfält att inga partiklar eller strålning lyckas komma ut.
Eftersom till och med ljus sugs in, visas närvaron av ett svart hål av observerbara gravitationskonsekvenser. i dess omgivning, särskilt genom omloppsförändringar av närliggande himmellegemer, som börjar lockas till hålet svart.
Dessutom hävdar astronomer och forskare att ett svart hål kan observeras på grund av dess ljusemission.
Första bilden av ett svart hål
Första bilden av ett svart hål på 40 miljarder kilometer i diameter i Galaxy M87, 50 miljoner ljusår från jorden. Foto: Horizont Telescope event.
Den första bilden av ett svart hål släpptes i april 2019 vid en konferens i Bryssel. Det hittades, efter två års observation och forskning, av det internationella projektet kallat Event Horizon Telescope (EHT), som sammanför nästan ett dussin radioteleskop i världen, från Europa till polen Söder.
På bilden är den enda synliga delen av det svarta hålet den gyllene cirkeln, kallad av astronomer "händelsehorisont " (händelsehorisont på portugisiska) eller "point of no return".
I mitten av händelsehorisonten finns en oberäknbar massdensitet, kallad singularitet. Gravitationen för denna punkt är så stark att inga omgivande föremål kan fly.
I teorin kan bara något som rör sig snabbare än ljusets hastighet motstå gravitationsfältet i ett svart hål. Av denna anledning är det inte möjligt att veta säkert vad som händer med det som sugs upp.
Hur bildas ett svart hål?
Svarta hål bildas av gravitationskollaps av himmellegemer. Dessa fenomen uppstår när det inre trycket i en kropp (vanligtvis stjärnor) är otillräckligt för att bibehålla sin egen massa. Så när stjärnans kärna kollapsar på grund av gravitationen exploderar himmelkroppen och frigör enorma mängder energi i en händelse som kallas supernova.
Representativ bild av en supernova.
Under en supernova, på en bråkdel av en sekund, komprimeras hela massan av stjärnan till sin kärna när den rör sig till ungefär 1/4 ljusets hastighet (det är faktiskt just nu som de tyngsta elementen i universum är skapas).
Då kommer explosionen att ge upphov till en neutronstjärna eller, om stjärnan är tillräckligt stor, blir resultatet bildandet av ett svart hål, vars astronomiska mängd koncentrerad massa skapar det ovan nämnda gravitationsfältet. I den måste flyghastigheten (den hastighet som behövs för att vissa partiklar eller strålning ska motstå attraktionen) vara åtminstone större än ljusets hastighet.
Hur stort är ett svart hål?
Svarta hål finns i olika storlekar. Det minsta som vetenskapen känner till kallas ursprungliga svarta hål och tros vara storleken på en atom men med den totala massan av ett berg.
Mellansvarta hål (vars massa är upp till 20 gånger solens totala massa) kallas stjärnor. I denna kategori är det minsta svarta hålet som upptäcktes 3,8 gånger solmassan.
De största katalogiserade svarta hålen kallas supermassiva, ofta i centrum av galaxer. Som ett exempel, i centrum av Vintergatan är Skytten A, ett svart hål med en massa motsvarande 4 miljoner gånger solens massa.
Hittills kallas det största kända svarta hålet S50014 + 81, vars massa är fyrtio miljarder gånger solens massa.
Typer av svarta hål
Den tyska teoretiska fysikern Albert Einstein formulerade en uppsättning hypoteser relaterade till gravitation som fungerade som grund för uppkomsten av modern fysik. Denna uppsättning idéer fick namnet Allmän relativitetsteori, där forskaren gjorde flera banbrytande observationer om gravitationella effekter av svarta hål.
För Einstein är svarta hål ”deformationer i rymdtid orsakade av den enorma mängden koncentrerad materia”. Hans teorier främjade snabba framsteg i området och möjliggjorde klassificeringen av olika typer av svarta hål:
Schwarzschild Black Hole
Schwarzschild svarta hål är de som inte har någon elektrisk laddning och inte heller har vinkelmoment, det vill säga de roterar inte runt sin axel.
Kerr svart hål
Kerr svarta hål har ingen elektrisk laddning utan roterar runt sin axel.
Reissner-Nordström svart hål
Reissner-Nordstroms svarta hål har en elektrisk laddning men roterar inte runt sin axel.
Kerr-Newman Black Hole
Kerr-Newman svarta hål bär en elektrisk laddning och roterar runt sin axel.
I teorin blir alla typer av svarta hål så småningom Schwarzschild (statiska och oladdade) svarta hål när de tappar tillräckligt med energi och slutar rotera. Detta fenomen är känt som Penrose-processen. I sådana fall är det enda sättet att skilja ett Schwarzschild-svart hål från ett annat genom att mäta dess massa.
Struktur av ett svart hål
Svarta hål är osynliga eftersom gravitationsfältet är oundvikligt även för ljus. Således ser ett svart hål ut som en mörk yta från vilken ingenting reflekteras och det finns inga bevis för vad som händer med elementen som sugs in i den. Men med utgångspunkt från observationen av effekterna som de orsakar i sin omgivning, strukturerar vetenskap svarta hål i händelsehorisont, singularitet och ergosfär.
Händelsehorisont
Gränsen för det svarta hålets gravitationsfält från vilket ingenting observeras kallas händelsehorisonten eller ingen återvändo.
Grafisk representation av en händelsehorisont, tillhandahållen av NASA, där en perfekt sfär observeras från vilken inget ljus avges.
Trots att det faktiskt bara är gravitationella konsekvenser anses händelsehorisonten vara en del av strukturen i ett svart hål eftersom det är början på fenomenets observerbara område.
Dess form är känd för att vara perfekt sfärisk i statiska svarta hål och sned i roterande svarta hål.
Därför att gravitationstidsutvidgning, påverkan som det svarta hålets massa utövar på rymdtid får händelsehorisonten, även utanför dess räckvidd, att ha följande effekter:
- För en avlägsen observatör skulle en klocka nära händelsehorisonten röra sig långsammare än en längre bort. Således verkar varje objekt som sugs in i det svarta hålet sakta ner tills det verkar vara förlamat i tid.
- För en avlägsen observatör skulle objektet som närmar sig händelsehorisonten anta en rödaktig nyans, en följd av fysiskt fenomen som kallas rödförskjutning, eftersom ljusfrekvensen reduceras av hålets gravitationsfält svart.
- Ur objektets synvinkel skulle tiden gå i en snabbare takt för hela universum, medan tiden för dig skulle gå normalt.
Säregenhet
Mittpunkten för ett svart hål, där stjärnans massa har blivit oändligt koncentrerad, kallas en singularitet, som lite är känt om. I teorin innehåller singulariteten den totala massan av den kollapsade stjärnan plus massan av alla kroppar som sugs upp av gravitationsfältet, men den har ingen volym eller yta.
Ergosfär
Ergosfären är en zon som omger händelsehorisonten i roterande svarta hål, där det är omöjligt för en himmelsk kropp att förbli stationär.
Enligt Einsteins relativitet tenderar alla roterande objekt att dra rymdtiden nära den. I ett roterande svart hål är denna effekt så stark att det skulle kräva en himmelkropp att röra sig i motsatt riktning med en hastighet som är högre än ljusets hastighet för att förbli stationär.
Det är viktigt att inte förväxla ergosfärseffekter med händelsehorisonteffekter. Ergosfären lockar inte objekt med gravitationsfältet. Således kommer allt som kommer i kontakt med det bara att förflyttas i rymdtid och kommer bara att lockas om det passerar händelsehorisonten.
Stephen Hawking's Black Holes Theories
Stephen Hawking var en av de mest inflytelserika fysikerna och kosmologerna under 1900- och 21-talet. Bland hans många bidrag löste Hawking flera satser som Einstein föreslog att bidragit till teorin att universum började i en singularitet, vilket ytterligare förstärkte ring upp Big Bang teorin.
Hawking trodde också att svarta hål inte är helt svarta utan avger små mängder värmestrålning. Denna effekt var känd inom fysik som Hawking-strålning. Denna teori förutspår att svarta hål skulle förlora massa när strålningen släpptes och i en extremt långsam process skulle krympa tills de försvann.
Se också:
- Relativitetsteorin
- Allvar
- Big Bang
