Det här vet vi
Vi vet att ett svart hål har en yttre gräns som kallas . Det är inte en fast yta, utan en gräns där gravitationen blir så stark att ljusets hastighet inte längre räcker för att fly. När du väl har passerat denna punkt finns ingen väg tillbaka, oavsett hur kraftfulla motorer du har.
Enligt Albert Einsteins allmänna relativitetsteori kröker massa själva rymden och tiden. I ett svart hål är denna krökning så extrem att den skapar en sorts bottenlös grop i universums väv. Allt som kommer för nära dras obönhörligen in mot mitten, där gravitationen blir oändligt stark.
En märklig effekt av denna extrema gravitation är det som forskare kallar för spaghettifiering. Om du föll in med fötterna först, skulle dragkraften i dina fötter vara så mycket starkare än i ditt huvud att du skulle sträckas ut som en lång bit spaghetti. Detta beror på de enorma tidvattenkrafterna som uppstår nära hålets centrum.
Tiden beter sig också mycket annorlunda i närheten av ett svart hål. För en observatör som tittar på dig på säkert avstånd skulle det se ut som att du rör dig långsammare och långsammare ju närmare horisonten du kommer. Till slut skulle du se ut att stanna helt, blekna bort och bli rödare och rödare innan du försvinner helt.
En envägsdörr
är som en dörr som bara kan öppnas från ett håll. Du kan kliva in, men du kan aldrig ens skicka en ljussignal tillbaka för att berätta vad du ser. Det är universums ultimata envägskommunikation.
Hur vet vi det?
Resan mot att förstå svarta hål har tagit över tvåhundra år. Det började som en rent teoretisk lek med siffror och har i vår tid blivit något vi faktiskt kan fotografera och mäta direkt i rymden.
1783
Mörka stjärnor
John Michell föreslår att det kan finnas stjärnor med så stark gravitation att inte ens ljuset kan lämna dem.
1916
Schwarzschilds lösning
Karl Schwarzschild räknar ut den exakta punkten där en stjärna blir ett svart hål mitt under brinnande världskrig.
1939
Total kollaps
Robert Oppenheimer visar att massiva stjärnor faktiskt kan kollapsa under sin egen tyngd när bränslet tar slut.
1967
Namnet föds
John Wheeler börjar använda termen ”svart hål” för att beskriva dessa märkliga objekt.
1974
Hawkingstrålning
Stephen Hawking upptäcker att svarta hål faktiskt kan läcka energi och med tiden avdunsta.
2019
Första bilden
Event Horizon Telescope lyckas för första gången fotografera skuggan av det supermassiva svarta hålet i galaxen M87.
Det här vet vi inte
Det största mysteriet är vad som händer med den information som faller in. Om du slänger in en bok i ett svart hål, försvinner då all information i den för evigt? Enligt kvantmekaniken kan information aldrig förstöras, men enligt relativitetsteorin tycks den gå förlorad. Detta kallas för informationsparadoxen.
100%
Inget som passerar horisonten kan någonsin komma ut igen, men fysikens lagar säger att information aldrig kan förstöras.
En annan gåta är den så kallade brandväggen (firewall). Vissa beräkningar tyder på att inte alls är en lugn passage som Einsteins teorier förutsäger. I stället skulle det kunna finnas en mur av extremt het energi som bränner upp allt som nuddar den så fort man försöker passera.
Vi vet inte heller vad som finns i det svarta hålets absoluta centrum. Vår nuvarande matematik säger att allt krossas till en punkt med oändlig täthet, men i naturen finns sällan något som är ”oändligt”. Det betyder att vi behöver en ny sorts fysik – kvantgravitation – för att förstå vad som egentligen händer där inne.
Slutligen undrar forskarna om svarta hål kan vara portar till andra delar av universum eller till helt andra universum. Teorin om maskhål antyder att ett svart hål skulle kunna vara ena änden av en tunnel, men vi har inga bevis för att sådana tunnlar faktiskt existerar eller är stabila nog att resa igenom.
Extrema fakta
Oändlig?
Täthet
Som att trycka in hela mänskligheten i en sockerbit.
Relativt
Tidsstopp
En sekund nära mitten kan motsvara miljarder år utanför.
Varierar
Storlek
Jorden skulle bli stor som en spelkula om den blev ett svart hål.
Extrem
Ljusstyrka
Gasen som virvlar runt hålet lyser starkare än miljarder stjärnor.
Hawkingstrålning
Läckage
Ett svart hål med solens massa tar år på sig att avdunsta.
Myter om svarta hål
Myt
De är kosmiska dammsugare.
Sanningen
De suger inte in allt. Om solen blev ett svart hål skulle jorden fortsätta i sin bana som vanligt.
Myt
Svarta hål lever för evigt.
Sanningen
De avdunstar extremt långsamt genom Hawkingstrålning och försvinner till slut.
Myt
Man ser ingenting när man faller in.
Sanningen
Själva hålet är svart, men området runt det är ofta det ljusstarkaste i universum.
Gränsen för det svarta
Storleken på ett svart hål – eller snarare dess – bestäms helt av dess massa. Denna radie kallas Schwarzschild-radien och beskriver hur mycket man måste trycka ihop materia för att gravitationen ska vinna över allt annat.
Schwarzschild-radien
Vad betyder symbolerna?
- Radien till (meter)
- Gravitationskonstanten (styrkan på gravitationen)
- Objektets massa (kg)
- Ljusets hastighet (299 792 458 m/s)
Räkneexempel
Vad händer om vi trycker ihop hela jorden (massa ≈ kg)?
Om jorden blev ett svart hål skulle den inte vara större än en kula på knappt 9 millimeter.
Teorierna
Singulariteten
Stark teoriAlbert Einstein & Karl Schwarzschild
I mitten finns en punkt med oändlig täthet där rum och tid upphör att existera. Allt som faller in krossas till ingenting.
För
- +Följer direkt ur den allmänna relativitetsteorins matematik
- +Förklarar varför gravitationen blir så extremt stark nära mitten
Emot
- −Matematiken ger ”oändliga” svar, vilket brukar betyda att teorin är ofullständig
- −Strider mot kvantmekanikens lagar om att materia inte kan försvinna helt
Fuzzballs
Möjlig idéSamir Mathur (2002)
Svarta hål är egentligen inte tomma med en punkt i mitten, utan fasta nystan av ”strängar” från strängteorin.
För
- +Löser informationsparadoxen genom att lagra data i strängarna
- +Undviker problemet med oändlig täthet i en
Emot
- −Kräver att strängteorin är korrekt, vilket ännu inte har bevisats
- −Är matematiskt extremt komplicerad att arbeta med
Den holografiska principen
SpekulationLeonard Susskind & Gerard ’t Hooft
Allt som finns inuti hålet är egentligen lagrat som information på dess yta, som ett hologram. Insidan är en sorts illusion.
För
- +Förenar kvantmekanik och gravitation på ett elegant sätt
- +Håller informationen intakt och tillgänglig på horisonten
Emot
- −Extremt svårt för oss att föreställa oss eller mäta i verkligheten
- −Utmanar vår grundläggande syn på vad som är verkligt och tredimensionellt
Vita hål och maskhål
SpekulationAlbert Einstein & Nathan Rosen (1935)
Svarta hål är tunnlar till andra platser. Materia faller in i det svarta hålet och sprutas ut ur ett ”vitt hål” någon annanstans.
För
- +Är en matematisk möjlighet inom Einsteins ekvationer
- +Skulle kunna möjliggöra resor över enorma avstånd i universum
Emot
- −Inga vita hål har någonsin observerats i universum
- −Tunnlarna skulle sannolikt kollapsa omedelbart om något försökte passera
Hur kan vi ta reda på det?
Vi kan inte skicka in en sond i ett svart hål. Den skulle aldrig kunna skicka hem data, och den skulle förstöras långt innan den nådde mitten. Därför måste vi vara kreativa och använda hela universum som vårt laboratorium.
Ett sätt är att studera de radiovågor och det ljus som skickas ut från den heta gasen precis utanför . Genom att använda teleskop över hela världen samtidigt kan vi skapa en bild av hålets ”skugga”, vilket ger oss ledtrådar om dess inre struktur.
Event Horizon Telescope
Genom att fotografera skuggan av svarta hål kan vi se om deras form stämmer med våra teorier om .
Gravitationsvågor
När svarta hål krockar skakar de om hela rymden. Dessa vibrationer, som mäts av LIGO, bär på information om hålens egenskaper.
Matematiska modeller
Eftersom vi inte kan se insidan, använder fysiker matematik för att försöka hitta en teori som fungerar för både det extremt stora och det extremt lilla.
LISA-missionen
Ett framtida rymdbaserat observatorium som ska mäta från ännu större svarta hål med extrem precision.
Vad tycker du?
Vad tycker du?
Om du kunde resa in i ett svart hål och se sanningen, men aldrig berätta för någon annan – skulle du göra det?
Det finns inget rätt eller fel svar.
Vissa hemligheter i universum kanske förblir just hemligheter, skyddade av ogenomträngliga mur. Kanske är det just mysteriet som gör dem så fascinerande för oss människor.
Tanken på att det finns platser där tiden stannar och rummet slits sönder är både skrämmande och vacker. Det påminner oss om att vi bara har börjat skrapa på ytan av vad universum egentligen är.
