- Hva er og hva skjer i et sort hull?
- Kan sorte hull utvikle seg og bli større?
- Forsvinner de sorte hullene noen gang?
- Hvilken form har de sorte hullene?
- Hva skjer hvis Jorden blir sugd inn i et svart hull? Og hvordan merker vi det?
- Hvordan mister lyset energi i kampen mot tyngdekraften i sorte hull? Hvorfor går tiden saktere i et sort hull?
- Har ett sort hull ett sentrum, og er hele hullet ett hull?
Hva er og hva skjer i et sort hull?
Det første spørsmålet skal vi nok kunne klare å svare på, mens det andre blir verre. Men det får vi ta etterhvert. La oss se på de vanligste sorte hullene, de som dannes når en stjerne dør. Så lenge en stjerne lever sitt vanlige liv, brenner den hydrogen om til helium på samme måte som en (hydrogen)-atombombe. Denne prosessen foregår i midten av stjerna, og energien som dannes her, "dytter" så og si de ytre lagene utover. Men samtidig trekker gravitasjonskreftene de samme ytre lagene innover, slik at det dannes en balanse. Slik lever stjerna stabilt i kanskje 10 milliarder år.
Vel, på et tidspunkt går stjerna tom for hydrogen i kjernen, og energi-dannelsen stopper dermed opp. Det betyr at det ikke lenger er noe som holder igjen mot gravitasjonskreftene, og stjerna begynner å kollapse. Hvis stjerna nå er tung nok, vil denne kollapsen aldri slutte, inntil all materien er komprimert nærmest uendelig tett sammen. For å ha noe å sammenlikne med: Tenk deg at hele jorda plutselig kollapset til et sort hull. I så fall ville den danne en klump på størrelse med en klinkekule! (Mer nøyaktig, radien ville være omtrent 7 millimeter.)
Forholdene rundt dette objektet ville da være så ekstreme, at selv ikke lyset slipper unna gravitasjonskreftene, og det er derfor det kalles et sort hull: Det kommer ikke noe lys fra objektet.
Når jeg sier at størrelsen til Jorda ville bli omtrent som en klinkekule, er ikke dette helt korrekt. Dette er derimot den *største radien fra hvilken lyset kan slippe unna*, og det er det som kalles grensen for det sorte hullet. For Sola er denne radien omtrent 3 kilometer, synes jeg å huske.
Vel, et sort hull er med andre ord et objekt som er så tett komprimert at selv ikke lyset slipper unna gravitasjonskreftene.
Så er neste spørsmål hva som skjer INNI det sorte hullet. Og her er svaret at det vet vi ikke. Den teorien som beskriver disse tingene, Einsteins generelle relativitetsteori, sier kun hva som skjer UTENFOR det sorte hullet, ikke inni. Dermed vet vi ikke hva som foregår inni et sort hull, bortsett fra at forholdene er SVÆRT annerledes enn hva vi er vant til.
Kan sorte hull utvikle seg og bli større?
Sorte hull fungerer som en kosmisk støvsuger, og suger til seg materie i nærheten. Og når denne materien faller ned i det sorte hullet, fører også dette til at "hullet" vokser. Størrelsen til et sort hull er nemlig direkte avhengig av dets masse.
Forsvinner de sorte hullene noen gang?
Vel, både ja og nei. La oss først ta "ja"-delen. Gjennom en kvantemekanisk effekt som kalles Hawking-stråling stråler det sorte hullet ut energi. Denne energien må tas fra et sted, og dette tapper det sorte hullet i lengden. Så var det "nei"-delen: Problemet er bare at denne effekten er svært svak, slik at et normalt sort hull vil bruke nær sagt uendelig lang tid på å stråle ut den nødvendige energien. På den andre siden finnes det teorier som forutsier at svært SMÅ sorte hull kan ha eksistert (disse kan ha blitt til rett etter Big Bang), og disse vil i så fall ha "fordampet" etter noe tid.
Hvilken form har de sorte hullene?
I utgangspunktet er et sort hull fullstendig kulesymmetrisk, hvis man ser på de enkleste modellen. I virkeligheten roterer imidlertid disse objektene svært hurtig, og derfor blir det strukket ut, litt liknende det som skjer pga. sentrifugal-krefter. Derfor blir det nærmest oval-formet.
Hva skjer hvis Jorden blir sugd inn i et svart hull? Og hvordan merker vi det?
La oss si det sånn: Det ville IKKE være en hyggelig opplevelse. :-)
Et sort hull er et objekt som er så tett komprimert at selv ikke lys kan slippe unna det. Dvs. at gravitasjonskreftene er så ekstreme at selv lysstrålene blir trukket ned, på samme måte somm en ball blir det når vi kaster den opp i lufta. Hvis nå Jorda kom i nærheten av et sort hull, ville derfor også den bli trukket ned inn i det sorte hullet. Og fordi Jorda har en ganske stor utstrekning, ville de forskjellige delene av planeten oppleve forskjellig kraft; den delen av Jorda som er nærmest det sorte hullet ville bli dratt kraftigere mot det sorte hullet enn den som var lengst unna. Dermed ville Jorda bli strukket ut som en strikk, og faktisk ville hele planeten bli revet i stykker!
Så med andre ord -- det ville ikke være noe problem å oppdage hva som skjer...
Når det er sagt, kommer ikke Jorda til å møte noe sort hull i nærmeste fremtid. Sorte hull er nemlig ikke noe som bare svever rundt tilfeldig i verdensrommet. Det vanligste er at tunge stjerner kollapser når de dør, og danner deretter sorte hull. Den andre typen kan man ofte finne i sentrum av galakser. Uansett, det finnes ingen sorte hull i nærheten av oss.
Den eneste muligheten man kanskje kunne tenke seg, var at Sola kunne dannet et sort hull når den dør. Men det vil den ikke, for den er altfor liten til det. Dessuten vil den leve i omtrent 5 milliarder år til, så det er ingen fare på lang tid enda.
Hvordan mister lyset energi i kampen mot tyngdekraften i sorte hull? Hvorfor går tiden saktere i et sort hull?
Jeg tar det siste spørsmålet ditt først, det om tiden som går saktere... Det er noe som kalles gravitasjonell tidsforsinkelse. Dette kommer fra Einsteins generelle relativitetsteori og gjør at tiden går saktere jo større gravitasjonskraften er. Ta for eksempel en lysstråle som reiser gjennom universet (for eks mot oss). Når lyset passerer for eksempel en galakse, vil tiden for lyset gå saktere mens den passerer galaksen, enn den ellers ville gjort (hvis galaksen ikke var der). Det er fordi det er så mye materie i galaksen som gjør at tyngdefeltet er sterkt, og dette feltet er sterkere jo nærmere galaksen lyset kommer. Denne effekten gjelder altså all materie som lysstrålen passerer på sin vei, også sorte hull. Hvis man passerer et sort hull ganske nærme så er tyngdekraften VELDIG sterk og tidsforlengelsen blir veldig stor. I samme ånd er det noe som kalles gravitasjonell rødforskyvning. Dette innebærer at lysets bølgelengde vil bli forskjøvet når det går gjennom et tyngdefelt, og denne effekten er større jo sterkere feltet er. Dette kommer altså også fra Einsteins generelle relativitetsteori, og teorien sier at en lysstråle som "kjemper seg ut" av et tyngdefelt (som altså går fra et sted der tyngdefeltet er sterkt til et sted der det er svakere) vil miste energi. Dette vil føre til at lysets bølgelengde blir lengre og dermed rødere. Som en analogi kan du tenke deg at du kaster en ball opp i luften. Den vil gå saktere etter hvert som den kommer lenger opp.
For å skjønne dette bedre, må man bruke en del litt komplisert matematikk, men man kan lære om det i avanserte fysikk-kurs her på universitetet. De to effektene, gravitasjonell tidforlengelse og rødforskyvning, kommer dettende ut av Einsteins ligninger!
Har ett sort hull ett sentrum, og er hele hullet ett hull?
Et sort hull er ikke egentlig et "hull". Det er et område med så sterk gravitasjonskraft at ingenting, ikke en gang lys, kan slippe unna (se svar på spørsmål 3). Man kaller det "sort" fordi lys ikke kan slippe unna, og "hull" fordi det er umulig å få tilbake noe som har falt ned i det. I midten av det sorte hullet befinner det seg en såkalt singularitet - dette er det punktet der all materien befinner seg. Altså, dette er ikke lett å forestille seg (umulig faktisk!), men man antar at all materien som opprinnelig var i stjernen, nå er konsentrert i ett eneste punkt med uendelig høy tetthet, singulariteten. En singularitet er egentlig en teoretisk abstraksjon, vi kan jo ikke SE hva som er i sorte hull (siden lyset ikke slipper unna).