Hvernig myndast svarthol?

Fyrsta myndin af svartholi, tekin í apríl 2019





Hvernig myndast svarthol?

Ef þú gætir troðið jörðinni í kúlu á stærð við marmara myndi hún verða að svartholi. Hvað eru þessar dularfullu einingar?



Svarthol eru sérkennilegir hlutir með marga undarlega eiginleika, en flestar bækur og greinar hafa lagt áherslu á framandi hlið þeirra og hulið grundvallareinfalt eðli þeirra.



Hvernig myndast svarthol?

Stjörnufræðingar telja að eitt af þremur hlutum geti komið fyrir stjörnu þegar hún hefur brunnið úr eldsneyti, allt eftir massa hennar. Stjarna sem er massaminni en sólin hrynur þar til hún myndar „hvítan dverg“ með aðeins nokkur þúsund kílómetra radíus. Ef stjarnan hefur á bilinu einn til fjórfaldan massa sólar getur hún myndað „nifteindastjörnu“, með aðeins nokkra kílómetra radíus, og slík stjarna gæti verið þekkt sem „tjaldstjarna“. Tiltölulega fáar stjörnur með meira en fjórfaldan massa sólarinnar komast ekki hjá því að falla saman innan Schwarzschild geisla sinna og verða svarthol. Svo geta svarthol verið lík massamikilla stjarna.



Flestir stjörnufræðingar telja að vetrarbrautir eins og Vetrarbrautin hafi myndast úr stóru gasskýi sem hrundi og brotnaði upp í stakar stjörnur. Við sjáum nú stjörnurnar þéttast saman í miðjunni, eða kjarnanum. Hugsanlegt er að í miðjunni hafi verið of mikið efni til að mynda venjulega stjörnu, eða að stjörnurnar sem mynduðust hafi verið svo nálægt hver annarri að þær runnu saman og mynduðu svarthol. Því er haldið fram að raunveruleg massamikil svarthol, sem jafngilda hundrað milljónum stjarna eins og sólinni, gætu verið í miðju sumra vetrarbrauta.



Fyrsta myndin af svartholi

Í apríl 2019 tóku stjörnufræðingar fyrstu mynd af svartholi.



Myndin var tekin af Event Horizon Telescope, fjölda útvarpssjónauka um allan heim sem hannaður er sérstaklega til að ná mynd af svartholi. Þetta tiltekna svarthol er í 500 milljón trilljón km fjarlægð frá jörðinni.

Hvað er svarthol?

Ef bolti er kastað upp frá yfirborði jarðar nær hún ákveðinni hæð og dettur síðan til baka. Því harðar sem því er kastað, því hærra fer það. Ef nógu hart væri kastað myndi það að lokum yfirgefa andrúmsloftið og halda áfram. En ef við aukum þyngdarkraftinn þyrfti hluturinn að ferðast hraðar og hraðar áður en hann gæti losnað.



Ef jörðin væri þjappað saman í stærð kúlu með 9 mm radíus væri þyngdarafl hennar nægjanlegt til að koma í veg fyrir að jafnvel hlutur sem ferðast á ljóshraða sleppi út. Í tilviki sólarinnar væri Schwarzschild radíus, eins og hann er þekktur, tæplega 3 km.



Ef jafnvel ljósorka ferðast ekki nógu hratt til að sleppa (og ekkert getur ferðast hraðar), þá geta engin merki af neinu tagi sloppið og hluturinn yrði „svartur“. Eina vísbendingin um tilvist slíks hlutar er þyngdarafl hans. Fjarri yfirborðinu er þetta alveg eins og ef venjulegur hlutur af sama massa væri þarna. Tilvist þyngdaraflsins þýðir að hlutir geta fallið í það og þar af leiðandi „gat“.

Svo, svarthol er hlutur svo þéttur að flóttahraði frá yfirborði þess er meiri en ljóshraði.



Hvernig gátum við séð svarthol?

Vegna þess að svarthol eru lítil og engin merki komast frá þeim gæti virst ómögulegt verkefni að finna þau. Hins vegar er þyngdarkrafturinn áfram, þannig að ef við greinum þyngdarafl þar sem enginn ljósgjafi er sjáanlegur þá gæti svarthol verið ábyrgt.



Þessi tegund af rökum er í sjálfu sér ekki mjög sannfærandi og því verðum við að leita að öðrum vísbendingum. Ef það er annað efni í kringum svarthol sem gæti fallið í það, þá mun það gera það. Það eru þá góðar líkur á því að þegar það fellur muni það gefa eitthvað greinanlegt merki, ekki frá svartholinu sjálfu, heldur rétt utan þess.

Hlutirnir eru frekar öðruvísi ef það er stórt svarthol í miðju vetrarbrautar. Þar er hugsanlegt að stjarna verði gleypt af svartholinu. Þyngdarkrafturinn á slíka stjörnu verður svo sterkur að hún brotnar upp í frumeindir hennar og kastar þeim út á miklum hraða í allar áttir. Sum brotanna munu falla ofan í holuna og auka massa þess á meðan önnur geta valdið útvarpsbylgjum, ljósi og röntgengeislum.



Þetta er bara hegðunin sem sést í vetrarbrautum af þeirri gerð sem kallast „Quasars“ og gæti vel verið að gerast á mildari hátt í miðju Vetrarbrautar okkar.



meðalfjarlægð frá jörðu til sólar í au

Stjörnufræðingar frá Konunglegu stjörnustöðinni voru hluti af teymi sem komst að því að vetrarbrautin NGC 4151 inniheldur um 1000 milljón sinnum massa sólar, einbeitt á kjarnasvæði þar sem þvermál er ekki meira en 4000 sinnum fjarlægðin milli jarðar og sólar. Líklegasta skýringin sem stendur er sú að megnið af þessum massa er í svartholi í miðjunni.

Stephen Hawking

Flest af því sem við vitum um svarthol í dag er vegna Stephen Hawking. Hinn frægi vísindamaður notaði afstæðiskenningu Alberts Einsteins til að skapa traustari fræðilegan stærðfræðilegan stuðning við svartholskenninguna. Hawking lést 14. mars 2018 en áhrif hans á vísindi og skilning okkar á svartholum eru gríðarleg.

Konunglega stjörnustöðin er opin daglega frá 10:00

Bókaðu miða