For litt siden holdt vi (studentene) presentasjoner om ulike temaer innenfor ekstragalaktisk astronomi i forbindelse med emnet AST4320 Kosmologi og ekstragalaktisk astronomi. Jeg valgte å snakke om sorte hull fra direkte kollaps. Her vil jeg oppsummere det jeg snakket om og vise en del av lysbildene fra presentasjonen min (du kan trykke på alle lysbildene for å se større versjon).

Fordi dette innlegget viste seg å bli så langt, har jeg delt det opp i flere deler. I denne første delen vil jeg starte forsiktig med å fortelle hva et sort hull er og hvilke type sorte hull som finnes 🙂

Hva er et sort hull?

Det er fort gjort å tenke på sorte hull som noe mystisk, komplisert og abstrakt. Det stemmer at fysikken kan bli vanskelig når man skal regne på sorte hull, men selve konseptet «sort hull» er faktisk ikke så vanskelig å forstå. Det handler rett og slett om unnslipningshastighet.

Se for deg at du befinner deg på Jorden og har lyst til å dra til Mars. Da må du forlate Jorden med en viss hastighet for å unnslippe Jordens tyngdefelt slik at du faktisk kan komme deg til Mars, eller så vil du bare bli trukket tilbake mot Jorden igjen. Den minste hastigheten du må ha for å klare dette, kalles unnslipningshastigheten (det har med kinetisk og potensiell energi å gjøre). For Jorden er denne hastigheten på rundt 11 km/s.

Størrelsen på unnslipningshastighet er knyttet til massen til objektet du forsøker å forlate. Jo mer massivt objektet er, desto sterkere blir tyngdefeltet og desto større unnslipningshastighet trenger du for å komme deg unna.

Hva om objektet er så massivt at unnslipningshastigheten er større enn lyshastigheten? Ingen ting kan bevege seg fortere enn lyset, så dersom unnslipningshastigheten er så stor, kan selv ikke lyset klare å slippe unna. Prøver vi å observere et objekt hvor dette er tilfellet, vil vi derfor bare se svart. Derav navnet sort hull! (Hvorvidt det er riktig å kalle det et «hull» får være en diskusjon for en annen gang!)

Jeg sa at unnslipningshastigheten avhenger av massen. Men det er egentlig massetettheten som er det interessante her, nemlig hvor mye masse du har presset sammen inni et volum. Gitt Jordens masse, kan du faktisk gjøre det om til et sort hull hvis du bare presser den godt nok sammen, slik at massetettheten blir høy nok. For at unnslipningshastigheten på Jorden skal bli større enn lyshastigheten, må du presse den sammen til en kule med en radius på under 1 cm 😮

Den radiusen et objekt (med en viss masse) må presses sammen til for å få unnslipningshastighet større enn lyshastigheten, kalles Schwarzschild-radiusen til objektet. For Jorden er denne radiusen altså under 1 cm. Siden vi vet at Jorden er større enn dette, er ikke Jorden et sort hull. Puh!

Hvilke typer sorte hull finnes?

Det er vanlig å gruppere sorte hull i fire grupper utifra hvilken masse det sorte hullet har (målt i antall solmasser):

Av disse fire typene, har vi bare observert stellare sorte hull og supermassive sorte hull. De to andre typene er hypotetiske. Stellare sorte hull finner vi spredt i store antall rundt om i en galakse, mens supermassive sorte hull finnes det som regel bare ett av per galakse, og det befinner seg i sentrum av galaksen (les om det supermassive sorte hullet i vår galakse).

Stellare og supermassive sorte hull har ekstremt ulike masser. Det at vi ikke har observert en mellomting mellom de to kan tyde på at de dannes på forskjellige måter!

Stellare sorte hull vet vi godt hvordan dannes: Svært massive stjerner ender livene sine som sorte hull (derfor navnet «stellar»). Hva med de supermassive sorte hullene?

Sorte hull vokser seg større ved å spise omkringliggende gass og støv. Da er det naturlig å spørre: Kan ikke stellare sorte hull vokse seg store nok til å bli supermassive sorte hull over tid? Mer om det i neste innlegg! 😀

Hovedbilde: forsiden til presentasjonen min, bakgrunnsbilde av Dana Berry (SkyWorks Digital)