Forklarer:En teoretisk kosmolog beskriver, hvor store sorte huller egentlig er, og point of no return

Sorte huller er blandt de mest fascinerende fænomener i det ydre rum, og vi lærer mere om dem hele tiden. I sidste uge, en gruppe astronomer udgav et papir, der dokumenterer en sjælden synlig kollision af sorte huller, som frembragte et lysglimt, der gjorde det muligt for videnskabsmænd at se begivenheden fra Jorden.

Fra Star Trek til Doctor Who til The Orville, science fiction inkorporerer ofte sorte huller i historielinjer, i høj grad fordi der stadig er så meget, vi ikke ved. Men Alexander Vilenkin er slet ikke afskrækket af dette store og komplekse emne. Leonard og Jane Holmes Bernstein professor i evolutionsvidenskab ved Institut for Fysik og Astronomi på Tufts, han har studeret teoretisk kosmologi, inklusive mørk energi, kosmiske strenge, og multiverset, i årtier. Hvis nogen kan hjælpe med at opklare noget af mysteriet omkring sorte huller, det er ham.

Vilenkin gav for nylig Tufts Now et lynkursus for at gøre disse kosmiske giganter en smule mere tilgængelige. Her er tre fakta om sorte huller, du kan pakke dit hoved om.

Sorte huller kan være ubegribeligt store

Sorte huller måles ved deres størrelse og masse, eller mængden af ​​stof, de har. Et mellemstort sort hul kan have en masse tyve gange større end Solen. Imidlertid, tyngdekraften inde i et sort hul er så stærk, at den kondenserer al den masse til en kugle med en diameter på kun omkring 20 miles.

Supermassive sorte huller er de største sorte huller. Vilenkin sagde, at disse giganter kan have en masse på en milliard sole med en diameter på størrelse med vores solsystem.

Hver stor galakse, inklusive Mælkevejen, har mindst ét ​​supermassivt sort hul i midten. "Hvad angår supermassive sorte huller, vores er ret lille. Det drejer sig kun om nogle få millioner solmasser, " han sagde.

Det mindste sorte hul, der er registreret, er praktisk talt lille:Det er knap fire gange vores sols masse.

Sorte huller kan smelte sammen

Sorte huller, der er i nærheden af ​​hinanden, har tendens til at drive tættere sammen, sagde Vilenkin. "Det, der sker, er, at disse sorte huller hæfter sig til hinanden, gravitationsmæssigt, og begynde at rotere om hinanden. De danner et binært system, og når de roterer, de vil gradvist miste deres energi ved gravitationsstråling. De kommer tættere og tættere sammen og roterer hurtigere og hurtigere rundt om hinanden. Til sidst smelter de sammen, " han sagde.

Indtil nu, kollisioner af supermassive sorte huller er ikke blevet observeret, men astronomer har observeret kollisioner af meget mindre sorte huller, sagde Vilenkin.

Vi kan ikke se sådan en kollision gennem et teleskop, uanset hvor kraftig den er, fordi intet lys kan slippe ud af et sort hul. Imidlertid, ved hjælp af meget følsomme – og meget store – instrumenter kaldet gravitationsbølgedetektorer, forskere kan detektere og måle gravitationsbølger udsendt af sorte huller. Bølgerne er som krusninger i rumtiden (mere om det om lidt), og de indsamlede data fortæller historien om, hvad der sker millioner eller milliarder af lysår væk.

"Gravitationsbølgerne, der udsendes, mens sorte huller bare kredser i deres binære systemer, er typisk for svage til at blive opdaget. Men denne sidste dosis af stråling, når de sorte huller er ved at smelte sammen, og når de til sidst smelter sammen og danner et større sort hul, er blevet observeret mange gange, " han sagde.

Udbruddene af gravitationsstråling varer meget kort tid, men de kommer i et bestemt mønster. Når astronomer ser dette mønster, Vilenkin sagde, de kan identificere det som en kollision af sorte huller og finde ud af deres masser og hvor langt væk de er. I september 2019, NASA meddelte, at astronomer opdagede tre supermassive sorte huller på en kollisionskurs i et system omkring en milliard lysår fra Jorden.

Sorte huller har et point of no return

Sorte huller har det, der kaldes en begivenhedshorisont. Tænk på dette som overfladen af ​​det sorte hul. Intet kan undslippe under overfladen, inklusive lys. Så hvad sker der, når for eksempel, et rumskib, krydser begivenhedshorisonten?

"Lad os sige, at rumskibet sender lysimpulser til os, når det nærmer sig det sorte hul. Når rumskibet nærmer sig begivenhedshorisonten, pulserne bliver svagere og svagere, og intervallerne mellem dem bliver længere og længere, " sagde Vilenkin. "Når rumskibet kommer meget tæt på begivenhedshorisonten, vi ser det, som om det er frosset. Vi vil aldrig se rumskibet faktisk gå under begivenhedshorisonten, fordi lyset ikke kan undslippe derunder."

Hvad med de rejsende i rumskibet? Vilenkin sagde, da rumskibet nærmer sig begivenhedshorisonten, de ville ikke bemærke noget særligt, og de ville stadig se os. Imidlertid, når de krydser begivenhedshorisonten, dette er et point of no return. Du kan ikke vende om og komme ud. Du kan kun bevæge dig mod midten af ​​det sorte hul, han sagde.

Tyngdekraften bliver stærkere og stærkere, og da tyngdekraften strækker ting i én retning, rumskibet vil blive spaghetificeret. "Til sidst vil dette rumskib ramme det centrale punkt, som kaldes singulariteten. Singulariteten er, matematisk, hvor tyngdekraften bliver uendelig stærk, så krumningen af ​​rumtiden bliver uendelig. Vi kan ikke rigtig sige, hvad der præcist sker i singularitet, men rumskibet og alt indeni vil blive ødelagt i god tid før skibet når singulariteten, " sagde Vilenkin.