Sorte huller

Sorte huller er meget små og meget tunge

Sorte huller blev forudsagt matematisk længe før vi observerede dem første gang. 

Einsteins generelle relativitetsteori beskriver, at alle objekter, der har en tyngdekraft, vil bøje rummet omkring sig. Man kan forestille sig det lidt på samme måde som hvis man lægger en kugle på en trampolin, og trampolinen bøjer nedad. Så skal man bare lige forestille sig at bøjningen sker i tre dimensioner i stedet for trampolinens to dimensioner. 

Vi ved godt at det er meget mærkeligt. Selvom vi på Planetarium har lært om sorte huller og bøjninger af rumtiden på universitetet og tænkt meget over dem, så kan vi faktisk heller ikke helt forestille os hvordan en bøjning i rummet ser ud. Men det er simpelthen SÅ sejt, så vi vil alligevel gøre vores bedste for at prøve at forklare det til jer.

Hvis vi vender tilbage til vores trampolin, så vil små lette kugler (som f.eks. planeter og måner) kun bøje trampolinen lidt, mens tunge kugler (som f.eks. store stjerner og galakser) vil bøje trampolinen mere. Jo tungere kuglen er, jo mere bøjes trampolinen - eller rummet. 

Ifølge Einsteins teori, så kan en kugle blive så tung og så lille, at det hul, den laver i trampolinen, bliver uendeligt dybt. Så dybt at intet der falder ned i hullet nogensinde vil kunne komme op igen - selv ikke lys, der ellers er det hurtigste vi kender i universet. 

Det er hvad et sort hul er! Et voldsomt tungt, uendeligt lille punkt, der bøjer rumtiden så meget, at intet kan undslippe det. 

Sorte huller er sorte, fordi de sluger alt lyset. På trods af det, er de faktisk også med til at skabe nogle af de fænomener, der lyser aller kraftigst! Det sker, når materiale omkring et sort hul, der er i færd med at falde ind mod det sorte hul, bliver opvarmet til flere tusinde grader og begynder at lyse. Når dette sker for meget store sorte huller i centrum af galaksen, kalder man det for en kvasar, og en kvasar kan lyse hundrede gange mere end alle stjernerne i en galakse tilsammen.

På billedet nedenfor kan du se hvordan et sort hul får støvet og gassen omkring sig til at lyse, og hvordan det lys bliver bøjet af det sorte huls tyngdekraft. 

En af de bedste illustrationer af et sort hul kan I faktisk se her på Planetarium, i vores udstilling Kosmos! Så kom ind og besøg os og så kan vi snakke meget mere om sorte huller! 

Flere slags sorte huller

Der findes sorte huller i mange størrelser og med forskellige egenskaber. Sorte huller kan dannes på mange forskellige måder, og det er ikke dem alle, forskerne har lige godt styr på. 

Men vi ved, at mange sorte huller dannes, når store stjerner dør.

Når stjerner, der vejer mere end 8 gange så meget som vores sol, dør, så kollapser det indre i stjernen til et sort hul. Dette sorte hul vil veje lige så meget som den del af stjernen, der kollapsede, og det vil være ret småt. Du kan læse mere om stjerner og deres død på siderne Stjerner og Supernovaer. 

Der findes også ekstremt tunge sorte huller – supermassive sorte huller, som man kalder dem. De befinder sig i centrum af de fleste, hvis ikke alle, galakser – og vores galakse er ingen undtagelse.

Vi har længe kunne se, at der i hjertet af Mælkevejen findes noget, som udsender energi i mange forskellige bølgelængder. Man mente, at energien kommer fra gas, der er på vej til at falde ind i det supermassive sorte hul, Sagittarius A. Man kunne desuden regne sig frem til, at der i hjertet af Mælkevejen findes noget, som styrer stjernernes bevægelser – noget, som vejer millioner gange så meget som Solen, men som fylder et område mindre end Solsystemet. Forklaringen er et supermassivt sort hul som vi for første gang observerede direkte i 2022.

Observationer

Sorte huller er svære at se, fordi de er meget små, og ja, mørke. Problemet er, at resten af universet også er ret mørt, og det er altså svært at se et sort hul på en sort baggrund. 

Men selv når vi ikke kan se det sorte hul, kan vi ofte observere det indirekte, ved at se på den effekt, sorte huller har på sine omgivelser – og den er dramatisk. 

Blandt andet kan vi se lyset fra det materiale, som det sorte hul er ved at spise. Det kan f.eks. komme fra en stjerne eller stjernetåge, der er kommet for tæt på et sort hul. Så vil stjernen eller tågen blive revet fra hinanden, og støvet og gassen vil trækkes ind mod det sorte hul og forme sig som en skive af ekstremt varmt stof, der til sidst forsvinder ind i det sorte hul. Lyser kommer fordi materialet på sin vej ind, bliver så varmt at det begynder at gløde. 

Man kan også kigge på hvordan det sorte hul påvirker selve rummet omkring sig. Som vi beskrev tidligere, vil det sorte hul jo bøje rummet voldsomt, og når det sker, kan rummet komme til at virke lidt ligesom en linse i en forstørrelsesglas, der vil forstørre og forvride det lys, der ligger bag den. 

En sjælden gang imellem kan man dog være heldig at observere det sorte hul direkte, som det er blevet gjort med Event Horizon Telescope-projektet. Event Horizon Telescope-projektet er første gang i historien, man observerer et supermassivt sort huls begivenhedshorisont (læs mere nedenfor). For at kunne gøre det, har videnskabsmænd bygget et virtuelt teleskop, der er lige så stort som Jorden, ved at forene kræfterne fra radioteleskoper rundt omkring på kloden. Det er ufatteligt imponerende og siden 2019 har man fået to billeder af sorte huller, et af det supermassive sorte hul i midten af M87 galaksen, og et af det supermassive sorte hul i midten af vores egen galakse, Mælkevejen.

Mystikken omkring sorte huller

Vi har tidligere nævnt rumtiden. Rumtiden er de tre dimensioner vi har i rummet (frem og tilbage, fra side til side, og op og ned), og så den fjerde dimension: tiden. Rumtiden er et begreb, som Einstein brugte i forbindelse med sin generelle relativitetsteori for at beskrive et tredimensionelt rum med en ekstra dimension i form af tid. 

Fordi et sort hul bøjer rumtiden, betyder det, at det ikke kun er rummet, der bøjes, men også tiden. Når man nærmer sig et sort hul, går tiden langsommere, fordi rumtiden bøjes så kraftigt af det sorte huls tyngdekraft. Når man kommer helt ind i det sorte hul, vil tiden gå i stå. Ikke for den person der er derinde, men for alle der ser på det sorte hul udefra, Det er meget mærkeligt

Noget af det mest mystiske ved sorte huller er nok singulariteten, som findes i hjertet af et sort hul. Singulariteten er det uendelige lille punkt, der udgør det sorte hul. Her kan ingen af fysikkens love beskrive, hvad der sker – selv ikke relativitetsteorien.

I centrum af et sort hul er tyngdekraften og tætheden uendelig store. I teorien vil et objekt, som bliver indfanget af et sort huls tyngdekraft, blive presset sammen til ét enkelt punkt, når det kommer for tæt på et sort hul.

Tyngdekraften i et sort hul er så stærk, at hastigheden, det kræves for at undslippe, overgår lysets hastighed. Grænsen for, hvor lyset ikke længere kan undslippe det sorte huls tyngdekraft, kaldes begivenhedshorisonten. Når vi kigger på et sort hul, vil der være begivenhedshorisonten vi ser, fordi det er der, det bliver sort. Men det faktiske sorte hul er et lille bitte punkt, der ligger i midten. 

Hvis vi forestiller os, at en astronaut var inde i et sort hul, og hun forsøgte at sende signaler ud af det sorte hul, ville det faktisk ikke være muligt for os at opfange signalerne – information kan nemlig heller ikke undslippe.

Der er stadig meget vi ikke ved omkring sorte huller - både hvordan de opstår, hvor mange og hvor forskellige de er, og hvad der sker inde i dem. Det er et fantastisk mysterium, som bare venter på at blive løst af fremtidens forskere.