Svarta hål är skrämmande, och några av de mest spännande och mystiska föremålen i universum. Det är förmodligen därför de är föremål för så många science fiction-berättelser, astronomiartiklar och forskningsartiklar. Men vad är ett svart hål? Svarta hål är i huvudsak föremål i rymden som är så extremt massiva och täta att ingenting kan undkomma deras gravitationskraft, inklusive ljus (det är därför de kallassvarthål). Detta leder till några intressanta scenarier angående fysiken i det omedelbara området kring ett svart hål.
Den allmänna relativitetsteorin postulerar att allt med massa kröker rymdtidens struktur, och denna krökning är vad vi känner som gravitation. Det mest populära (och mycket beskrivande) exemplet för att illustrera hur detta fungerar är det med en gummiduk. Föreställande att du har ett stort ark av stretchigt gummi som är utsträckt rimligt lärt. Det här arket är en tvådimensionell representation av rymdens väv (som har tre dimensioner, men för enkelhetens skull och för att underlätta illustrationen använder vi två). Om du lägger en liten kula på arket kommer det att göra en liten fördjupning i gummit. Föreställ dig att marmorn är en planet, och om du har en av dessa coola glasrandiga kulor kan den till och med likna Jupiter. När du rullar en liten sten (som skapar en egen, mycket liten fördjupning) vid marmorn, kanske du märker att stenen vänder mot kulans fördjupning. I huvudsak drar marmorn den lilla stenen mot sig på grund av dess gravitation.
Nu, om du placerar en bowlingklot på arket, som är mycket mer massiv, gör den en mycket större fördjupning som troligen skulle fånga stenen när den rullade förbi. Bowlingklotet skulle mycket väl representera något som liknar en stjärna i detta exempel. Ett svart hål är hela massan av en stjärna, men i ett mycket litet utrymme, tillräckligt för att göra indrag i gummiduken tillräckligt så att inget du rullar av det svarta hålets fördjupning inom ett visst avstånd – oavsett hur snabbt du får det att gå – kan fly. Området runt ett svart hål som inget kan fly från kallas för händelsehorisonten, och hur stort detta område är beror på storleken på själva det svarta hålet.
Ett stjärnsvart hål bildas när en stjärna som har en kärna över cirka 3 solmassor närmar sig slutet av sin livstid, och fusionsprocesserna inuti stjärnan inte längre trycker ut tillräckligt mot tyngdkraftens inåtgående dragning, vilket får stjärnan att implodera . När materien inuti stjärnan har komprimerats till under en viss radie – kallad Schwarzschild Radie efter matematikern som formulerade det – bildas ett svart hål.
Strukturen av ett svart hål. Bildkredit: NCSA
Supermassiva svarta hål är de som bildas i centrum av galaxer, och de kan variera i miljarder solmassor. Till exempel har det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan en massa på cirka 40 000 solar, och materien som omger det – kallad 'tillväxtskivan' – är hela 4 miljarder solar. Hur bildas supermassiva svarta hål? Här är en utmärkt, detaljerad artikel om supermassiva svarta hål som går igenom några av de konkurrerande teorierna om deras bildande.
Svarta hål finns i olika storlekar beroende på deras massa. Till exempel, om solen skulle bli ett svart hål (det blir det dock inte, eftersom dess kärna är alldeles för liten) skulle det svarta hålets radie vara cirka 3 km (1,86 miles). Om jorden, genom några konstiga omständigheter, komprimerades till ett utrymme mindre än dess Scwarzschild-radie, skulle det svarta hålet vara ungefär lika stort som en jordnöt.
I mitten av ett svart hål ligger det som kallas a säregenhet , där massan av det svarta hålet komprimeras till en volym av noll, och förmågan för allmän relativitet att beskriva vad som händer här går sönder.
Hur vet vi att det finns svarta hål om de inte avger något ljus? Bevis för stjärnsvarta hål kommer från att observera deras interaktioner i binära system, och supermassiva svarta hål kan observeras med hjälp av röntgenteleskop, såväl som genom gravitationen de utövar på stjärnorna i en galax.
För att lära dig mer om svarta hål finns det en hel del resurser på webben. Till att börja, Hubblesite har ett utmärkt uppslagsverk, liksom Stardate.org . Du kan också kolla in resten av vårt avsnitt om svarta hål i Guide till rymden , eller lyssna på multipeln Astronomi Cast avsnitt om ämnet, som Avsnitt 18 , eller frågorna visas på Svarta, svarta hål.
Källor: NASA: Svarta hål , NASA: Stjärnor , Hyperfysik