Et nyligt billede af et sort hul fra Event Horizon Telescope.

Hvordan sorte huller beviser, at der er mere af universet at udforske

Astronomi fortsætter med at løse og bringe nyt lys til universets mysterier, der giver os chancen for at udforske, hvad der eksisterer uden for Jordens atmosfære. En sådan opdagelse, der løbende studeres, er sorte huller.

Siden begyndelsen af ​​20th århundrede har astronomer og fysikere løst teorier og opdaget rumanomalier, der i starten var svære at tro. Det er svært nok for mange at tro, at der findes liv i det ukendte univers. Forestil dig reaktionerne på opdagelsen af ​​noget, der er i stand til at rive stjerner og planeter fra hinanden med enorm kraft.

Det, der blev skabt af en døende stjerne, forbruger alt på dens vej. Det vokser sig større for hvert stykke stof, der tages ind. Det, der gør det til et mysterium, er, at der ikke er nogen beviser for, hvad der sker, når først stof går gennem det sorte hul. Desuden er der ikke en mulig måde at opnå dette bevis på, men fremskridt inden for videnskab i de næste 50 år kunne finde mulige måder.

Indtil da, forskere vil fortsætte med at observere og indsamle oplysninger om sorte huller for at fremme vores forståelse.

Hvad er astronomi?

Et fotografi af et observatorium, der ser en kunstnerisk fortolkning af stjerner i universet.
billedkilde: scientificamerica.com

 

Astronomi er studiet af himmellegemer og fænomener og alt ud over Jordens atmosfære. Det inkluderer begreber fra andre videnskaber, der opdeler det i fire underfelter:

  • Astrofysik anvender fysik til astronomi, såsom de fysiske processer og egenskaber af stjerner, himmellegemer og deres omgivende rum. Himmellegemer refererer til objekter, der er synlige på himlen, som planeter.
  • Astrometri fokuserede på den præcise position af himmellegemer. Det er lidt af en guide til tjære og bevægelse af objekter i rummet.
  • Astrogeologi er det geologiske studie af himmellegemer, som f.eks måner, asteroider og kometer.
  • Astrobiologi er søgen efter liv uden for Jorden. Den fokuserer på spørgsmålene om livets oprindelse, om der er liv på andre planeter, og hvilke miljøer der kan understøtte liv.

Hvad er sorte huller?

En videnskabelig fortolkning af to sorte huller i samme galakse.
billedkilde: scitechdaily.com

Sorte huller er områder i rummet med en stærk tyngdekraft. Sagen er fanget i en indre kraft, der er så stærk, at intet kan undslippe.

Når en stjerne opbruger sin kernes indre kernebrændsel, betyder det, at den er ved slutningen af ​​sin levetid. Kernen bliver ustabil og gravitationsmæssigt kollapser på sig selv. Dette skaber en supernova, en eksploderende stjerne, der sender dele af sig selv ud i rummet. Det eneste, der er tilbage, er resterne af stjernen, som danner det sorte hul.

Tyngdekraftens knusende vægt komprimerer alle sider af den døende stjernes rester til en singularitet med nul volumen og uendelig tæthed. Med stof presset ind i et lille rum, er der en stærk tyngdekraft, hvor lyset ikke engang kan undslippe. Det er derfor, sorte huller praktisk talt er usynlige. De blander sig med det uendelige rums mørke.

Forskere bruger specifikke værktøjer, der findes i rummet Telescope at finde sorte huller. Derudover viser de, hvor forskelligt stjerner og planeter tættere på det sorte hul virker sammenlignet med andre. Der er højenergilys, når et sort hul og stjerne er tæt på hinanden. Forskere opdager dette lys ved hjælp af kraftige teleskoper, da det ikke kan ses med menneskelige øjne.

Typer af sorte huller

Stjerneformede sorte huller er de mest almindelige i universet og er tre gange så meget som vores sol. Den forbruger støv og gas fra omgivende galakser, hvilket holder den i vækst.

Supermassive sorte huller dominerer stjernernes sorte huller. De er millioner eller en milliard gange vores sols masse. Forskere mener, at supermassive sorte huller er i centrum af galakser, hvilket er grunden til, at de vokser til så store størrelser.

Men sammenlignet med stjernernes sorte huller er det ikke sikkert, hvor supermassive sorte huller dannes. Der er fire mulige teorier:

  • De er resultatet af hundredvis eller tusindvis af sorte huller, der smelter sammen.
  • Store gasskyer kollapsede sammen og steg hurtigt i masse.
  • En klynge stjerner faldt ind i sig selv.
  • De kommer fra en stor klynge af mørkt stof.

Problemet med teorien om mørkt stof er, at ingen ved, hvad mørkt stof består af, og det udsender ikke lys og kan ikke udvikles direkte.

Mellemliggende sorte huller (IMBH) er, når en hob af stjerner støder sammen i en kædereaktion. Til sidst falder de sammen i midten af ​​en galakse og skaber et supermassivt sort hul.

Udviklingen af ​​opdagelsen af ​​det sorte hul

Et fotografi af et papir af Steven Hawking, der viser et sort hul tegnet i en kuglepen, med pile, der viser dets ekspansion og dets krympning.
billedkilde: pbslearningmedia.org

Grundlaget for alt, hvad vi kender til sorte huller, startede under Første Verdenskrig.

Albert Einstein og Karl Schwarzchild

I 1915 dedikerede Einstein ti år til at skabe en vellykket udvidelse af sin relativitetsteori. Teorien beskriver, hvordan massen bøjer rumtiden, hvilket resulterer i tyngdekraften.

Rumtid er en matematisk model, der kombinerer rum og tid til et kontinuum.

Einsteins teori førte til erkendelsen af, at stof kunne pakkes ind i uendeligt skæve områder af rummet. Dette kom fra astronomen Karl Schwarzchild, der tjente i den tyske hær i Første Verdenskrig.

Schwarzchild fandt de første kendte løsninger til Einsteins feltligninger, der beskriver, hvordan rumtiden er fordrejet uden for et sfærisk objekt.

I første omgang kaldte Schwarzchild objekterne for "mørke stjerner". Han baserede sine løsninger på Newtons tredje lov om gravitation og flugthastighed. Derudover så han det som logisk at spørge, om et objekt kunne have nok masse til, at intet kunne undslippe det.

En af hans matematiske løsninger sagde, at for stjernehobe med høj tæthed bliver det sværere at undslippe stjernens gravitationsfelter. Over tid vil det være på et punkt, hvor hver partikel, inklusive lys, bliver fanget i gravitation. Dette punkt er kendt som "begivenhedshorisonten", og når man nærmer sig det, går tiden ned til fuldstændig stilstand.

Denne løsning blev lidt af et tidligt varsel om sorte huller og blev en bekymring for mange videnskabsmænd, selv Einstein.

Men ingen troede på, at sådanne genstande kunne eksistere.

J. Robert Oppenheimer og Hartland Snyder

Selv med Schwarzchilds løsninger og opdagelser tog det år, før sorte huller kunne accepteres som andet end matematiske opdagelser. Ledende videnskabsmænd inden for relativitet overbeviste sig selv og andre om, at sorte huller aldrig kunne dannes i virkeligheden.

I 1939, blev Oppenheimer og Snyderbeskrev, hvad de kaldte "frosne stjerner". Disse anomalier kan dannes som en massiv stjerne, der kollapser under vægten af ​​sin egen tyngdekraft. Startens lys vil blive svagere, efterhånden som den kollapser.

Det var tydeligt, hvordan sorte huller dannedes, at de ikke kunne bære deres vægt efter at være løbet tør for deres termonukleare brændstof.

Maarten Schmidt

I 1963, astronom Maarten Schmidt opdagede først en kvasar, et astronomisk objekt med intens lysstyrke. Han tænkte først på det som en usædvanlig stjerne, men det viste sig at være et utroligt lyst, fjernt objekt.

År senere, forskere fandt ud af, at den enorme skive af gas, der hvirvlede rundt om et supermassivt sort hul, dannede en kvasar.

John Wheeler

I 1968 fysiker John Wheeler opfandt udtrykket "sort hul".

Himmelske røntgenstråler

1960'erne var begyndelsen på undersøgelsen af ​​røntgenstråler fra himmelen. Forskere sendte en række raketter og satellitter over jordens atmosfære for at indsamle røntgenstrålerne.

I 1964 opdagede astronomer en af ​​de klareste røntgenstrålekilder på himlen, Cygnus X-1 (Cyg X-1). Det faldt dog ikke sammen med nogen nylige fund på det tidspunkt. Derfor efterlod astronomer sin oprindelse som et mysterium.

I 1970'erne indså de, at Cyg X-1 kom fra et sort hul, der forbrugte stof fra en nærliggende stjerne. Maarten Schmidts undersøgelse af kvasarer hjalp med denne opdagelse.

Roy Kerr

En newzealandsk matematiker Roy Kerr fandt den næste løsning på Einsteins ligninger. Løsningen siger, at sorte huller spinder og får deres vinkelmomentum fra supernovaen, der skabte dem.

Dette forklarer, hvordan de sorte huller kan trække alt omkring sig, rundt i horisonten og feje sagen op i en rumtidshvirvel. Gassen bevæger sig hurtigere, når den spiraler tættere på horisonten.

Bruce Balick og Robert Brown

To astronomer, Balick og Brun, opdagede radiobølger, der kom fra centrum af Mælkevejen i 1974. Den blev kendt som Saggitarius A* (Saggitarius A-stjerne). Det menes nu at være et supermassivt sort hul, der sidder i centrum af hver galakse i universet.

Hawking stråling

Den svage tåge af partikler, der udsendes fra et sort hul, er Hawking Radiation. I 1974, Steven Hawking konkluderede, at sorte huller ikke er helt mørke. Opdagelsen startede med et spørgsmål: udsender sorte huller varme?

Hawking var en teorimand. Ved hjælp af matematik tog han temperaturen på et sort hul ved at kombinere relativitetsteorien og kvantemekanikken, som beskriver, hvordan universets allermindste komponenter fungerer. I årtier har videnskabsmænd forsøgt at kombinere disse to store teorier.

I det væsentlige viste Hawking, at sorte huller kan krympe og drikke. De vil langsomt fordampe, indtil de eksploderer.

Event Horizon Telescope (EHT)

I 2008 den EHT fandt et tidligt resultat, der kombinerede data med teleskoper rundt om i verden. Det bekræftede, at en sort hul-lignende anomali hviler i midten af ​​Mælkevejen. Desuden antyder det strukturen af ​​materialet omkring det sorte hul.

Fire år senere foreslog en gruppe teoretiske fysikere, at sorte huller kunne have en firewall, der friter alt, hvad der falder i. Dette satte gang i et vanvid af forskning kendt som "det sorte huls informationsparadoks".

I 2019 tog EHT det første billede af et sort hul. Det forbedrede udstyr og yderligere teleskoper forbedrede silhuetten dannet af begivenhedshorisonten af ​​et supermassivt sort hul i galaksen M87.

På trods af teknologiske fremskridt har forskere ikke afsluttet deres forskning. De har ingen måde at forklare, hvad der sker gennem et sort hul, og det er måske aldrig muligt for nogen at vide det.

En amerikansk videnskabsforsker siger, at der er en mulighed for at blive flået i stykker af tyngdekraftens enorme træk.

Sorte huller vs jorden

Et optimalt billede af Cygnus X-1 og en nærliggende stjerne, der viser virkningerne af det sorte huls stærke tyngdekraft.
billedkilde: nasa.gov

Alle undersøgelser, der er udført indtil nu, fastslår, at supermassive sorte huller er millioner eller en milliard gange vores sols masse. Der er en lille stigning i dens masse efter kun at have slugt nogle få sollignende stjerner. Derudover er de i centrum af hver galakse.

Selvom der er et sort hul i midten af ​​Mælkevejen, er Jorden tusinder af lysår væk fra det. Det er højst usandsynligt, at det supermassive sorte hul vil nå jorden.

Ifølge NASA vil solen aldrig blive til et sort hul. Den er ikke massiv nok til at eksplodere, men det betyder ikke, at den ikke når sin ende. I stedet for at blive et sort hul, vil det blive en hvid dværg, en tæt stjernerest.

I en hypotetisk forstand, hvis solen blev et sort hul med sin nuværende masse, ville det ikke påvirke dens planeters kredsløb. Dens tyngdekraft omkring solsystemet vil forblive den samme. Jorden ville dreje rundt om solen som et sort hul uden at blive fortæret. Men det betyder også, at Jorden ville have mangel på sollys, en katastrofe for livet på Jorden.

Skabte et sort hul stjernerne?

Et billede fra et videnskabeligt avanceret teleskop, der viser en klynge stjerner i rummet.
billedkilde: earthsky.org

I modsætning til at forbruge sine omgivelser fandt Hubble-rumteleskopet ud af, at et sort hul hjalp med at skabe flere stjerner i januar 2022.

En gasformig navlestreng strakte sig fra et sort hul i galaksen Henize 2-10. Denne galakse har mange stjerneformationer, og et sort hul er i midten af ​​den, ved siden af ​​en stjerneplanteskole, hvor stjerner er født.

At skabe en stjerne kræver en sky af gas og støv.

En strøm af gas fra det sorte hul krydsede støvskyen, hvilket resulterede i en klynge af stjerner eller en eksplosion af stjernefødsler. Dette viser tydeligt, at der er mere at lære, når det kommer til sorte huller.

Konklusion om sorte huller

Et nyligt billede af et sort hul fra Event Horizon Telescope.
Et nyligt billede af et sort hul fra EHT. billedkilde: npr.org

Symbolsk bringer et sort hul ideer om mystik, fare, ondskab eller intet frem. I betragtning af de seneste begivenheder med det nyfundne potentiale af et sort hul, er der mere i, hvad disse astronomiske objekter besidder.

Sorte huller er dog stadig et mysterium, selv med al den information, der er indsamlet gennem årene. Formålet med videnskaben er at bygge videre på den eksisterende viden om den naturlige verden, fortid og nutid, for at føre til fremtidige konklusioner.

Astronomi søger at forklare alt, hvad vi ser og ved om i universet.

Det, der gør videnskab til et stort studie, hvad enten det er biologi, fysik eller astronomi, er, at tidligere opdagelser udvikler sig, som videnskaben gør i nutiden.

I de sidste par år har videnskabsmænd gjort større opdagelser, der ændrer, hvordan vi ser verden og ændret, hvad vi engang troede om universet. Samtidig må man ikke glemme de fiaskoer, der blev begået i videnskaben, der førte til dens succeser.

Fremskridt sker ved prøvelse og fiasko; fiaskoerne er generelt hundrede gange flere end succeserne; alligevel efterlades de normalt ukroniserede.

Sir William Ramsay.

Giv en kommentar