Sorte huller er endnu mærkeligere, end du kan forestille dig

Vores kærlighed til sorte huller fortsætter med at vokse, efterhånden som vores viden om disse himmellegemer udvides. Den seneste nyhed er opdagelsen af ​​et sjældent "mellemvægt" sort hul, en relativ nybegynder i sorte hul-familien.

Vi vidste allerede, at nogle sorte huller kun er nogle få gange vores sols masse, mens andre er mere end en milliard gange så massive. Men andre med mellemmasser, som den ene 2, 200 gange massen af ​​vores sol, der for nylig blev opdaget i stjernehoben 47 Tucanae, er overraskende undvigende.

Så hvad er det med sorte huller, disse gravitationsfængsler, der fanger alt, der kommer for tæt på dem, der fanger fantasien hos mennesker i alle aldre og professioner?

'Mørke stjerner'

Så langt tilbage som 1783, inden for rammerne af newtonsk dynamik, begrebet "mørke stjerner" med tilstrækkelig høj tæthed til, at ikke engang lys kan undslippe deres tyngdekraft, var blevet fremført af den engelske filosof og matematiker John Michell.

Næsten umiddelbart efter at Albert Einstein præsenterede sin generelle relativitetsteori i 1915, som fortrængte Newtons beskrivelse af vores univers og afslørede, hvordan rum og tid er tæt forbundet, tyskeren Karl Schwarzschild og hollænderen Johannes Droste udledte uafhængigt de nye ligninger for en sfærisk eller punktmasse.

Selvom spørgsmålet på det tidspunkt stadig var noget af en matematisk kuriosum, i løbet af det efterfølgende kvarte århundrede indså kernefysikere, at tilstrækkeligt massive stjerner ville kollapse under deres egen vægt til at blive til disse tidligere teoretiserede sorte huller.

Deres eksistens blev til sidst bekræftet af astronomer ved hjælp af kraftfulde teleskoper, og for nylig var kolliderende sorte huller kilden til de gravitationsbølger, der blev detekteret med LIGO-instrumenteringen i USA.

En tæt genstand

Tætheden af ​​sådanne objekter er forbløffende. Hvis vores sol skulle blive et sort hul, det ville være nødvendigt at kollapse fra sin nuværende størrelse på 1,4 millioner km på tværs til en radius på mindre end 3 km (6 km på tværs). Dens gennemsnitlige tæthed inden for denne "Schwarzschild-radius" ville være næsten 20 milliarder tons per kubikcentimeter.

Den stigende styrke og tyngdekraft, når du kommer tættere på et sort hul, kan være dramatisk.

På jorden, styrken af ​​tyngdekraften, der holder dig til overfladen, er nogenlunde den samme ved dine fødder som ved dit hoved, som er en lille smule længere væk fra planeten.

Men nær nogle sorte huller, forskellen i tyngdekraften fra top til tå er så stor, at du ville blive trukket fra hinanden og strakt ud på atomniveau, i en proces, der kaldes spaghettificering.

I 1958, den amerikanske fysiker David Finkelstein var den første til at indse den sande natur af det, der er blevet kaldt "begivenhedshorisonten" af et sort hul. Han beskrev denne grænse omkring et sort hul som den perfekte ensrettede membran.

Det er en immateriel overflade, der indkapsler en kugle uden retur. En gang indenfor denne sfære, tyngdekraften i det sorte hul er for stor til at undslippe – selv for lys.

I 1963, den newzealandske matematiker Roy Kerr løste ligningerne for de mere realistiske roterende sorte huller. Disse gav lukkede tidslignende kurver, der tillod bevægelse baglæns gennem tiden.

Mens sådanne mærkelige løsninger på ligningerne for generel relativitet først dukkede op i den østrigsk-amerikanske logiker Kurt Gödels arbejde fra 1949, det menes almindeligvis, at de skal være en matematisk artefakt, der endnu ikke er blevet bortforklaret.

Sorte og hvide huller

I 1964, to amerikanere, forfatteren Ann Ewing og den teoretiske fysiker John Wheeler, introducerede udtrykket "sort hul". Efterfølgende i 1965, den russiske teoretiske astrofysiker Igor Novikov introducerede udtrykket "hvidt hul" for at beskrive den hypotetiske modsætning til et sort hul.

Argumentet var, at hvis stof falder i et sort hul, så er det måske spyet ud i vores univers fra et hvidt hul.

Denne idé er delvist forankret i det matematiske koncept kendt som en Einstein-Rosen-bro. Opdaget (matematisk) i 1916 af den østrigske fysiker Ludwig Flamm, og genindført i 1935 af Einstein og den amerikansk-israelske fysiker Nathan Rosen, det blev senere betegnet som et "ormehul" af Wheeler.

I 1962, Wheeler og den amerikanske fysiker Robert Fuller forklarede, hvorfor sådanne ormehuller ville være ustabile til at transportere selv en enkelt foton over det samme univers.

Fakta og fiktion

Ikke overraskende, ideen om at gå ind i en (sort hul) portal og genopstå et andet sted i universet – i rum og/eller tid – har affødt utallige science fiction-historier, herunder Doctor Who, Stargate, Frynse, Farscape og Disneys sorte hul.

Igangværende produktioner kan simpelthen hævde, at deres karakterer rejser til et andet eller et parallelt univers til vores eget. Selvom det ser ud til at være matematisk muligt, der er naturligvis ingen fysiske beviser, der understøtter eksistensen af ​​sådanne universer.

Men det betyder ikke, at tidsrejser, i det mindste i begrænset forstand, er ikke ægte. Når du rejser med stor hastighed, eller måske falder i et sort hul, tidens gang bliver langsommere i forhold til det, der opleves af stationære observatører.

Ure fløjet hurtigt rundt i verden har vist dette, viser tidsforsinkelser i overensstemmelse med Einsteins specielle relativitetsteori.

2014-filmen Interstellar spillede på denne effekt omkring et sort hul, derved skabes en følelse af at rejse frem i tiden for astronaut Cooper (spillet af Matthew McConaughey).

På trods af det underligt indtagende navn, udtrykket "sort hul" er måske noget misvisende. Det indebærer et hul i rum-tid, hvorigennem stof vil falde, i modsætning til stof, der falder ned på en utrolig tæt genstand.

Hvad der faktisk eksisterer inden for et sort huls begivenhedshorisont, diskuteres heftigt. Forsøg på at forstå dette inkluderer "fuzzball"-billedet fra strengteori, eller beskrivelser af sorte huller i kvantetyngde-teorier kendt som "spinskumnetværk" eller "loopkvantetyngdekraft".

En ting, der virker sikkert, er, at sorte huller vil fortsætte med at intrigere og fascinere os i nogen tid endnu.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.