Grundidén
Ett svart hål är ett ställe i rymden där massor av materia har tryckts ihop på en pytteliten yta. Det gör att tyngdkraften där blir helt enorm. Runt hålet finns en osynlig gräns som kallas . Om något kommer innanför den gränsen går det så snabbt neråt att inte ens ljuset hinner fly undan.
Tänk på en avloppsström
Föreställ dig vatten som snurrar ner i ett avlopp. Långt bort rör det sig lugnt, men närmare hålet accelererar det snabbare och snabbare. Finns det en punkt där strömmen blir snabbare än vad en simmare någonsin kan simma mot strömmen, är simmaren fast – oavsett hur stark hen är. är den punkten för ljus.
Det som finns bortom horisonten är dolt för oss för alltid. Namnet är passande: hålet är svart eftersom inget ljus når ut till våra ögon eller teleskop från insidan.
Hur fungerar det egentligen?
År 1916 löste fysikern Karl Schwarzschild svåra ekvationer bara månader efter att Einstein presenterat sin teori. Han hittade en kritisk gräns – idag kallad Schwarzschild-radien. Innanför denna gräns är rymden så krökt att inget kan komma ut.
Schwarzschild-radien
Vad betyder symbolerna?
- Schwarzschild-radien, avståndet till (meter)
- Gravitationskonstanten,
- Massan hos objektet (kilogram)
- Ljusets hastighet i vakuum, ≈ 299\{,}792\{,}458\ \text{m/s}
Räkneexempel
Vad skulle hända om solen (massa ≈ 1,989 × 10³⁰ kg) komprimerades till ett svart hål?
Hela solens massa skulle rymmas inom en sfär med radien ungefär 2,95 kilometer – mindre än en liten stad.
Samma formel ger jordens Schwarzschild-radie: med jordens massa blir millimeter. Det är ungefär som en nöt. Jorden blir aldrig ett svart hål själv, men siffran visar hur extremt tät materian måste bli.
Prova själv
Räkna ut Schwarzschild-radien
Dra i reglaget för att se hur storlek förändras med massan – och jämför med kända objekt.
Schwarzschild-radie
2.953 km
Innanför detta avstånd från centrum är gravitationen så stark att inte ens ljus kan fly.
Visste du? Förhållandet är linjärt. Om du dubblar massan, dubblas radien. Detta betyder att ett svart hål med miljarder solmassor faktiskt är "mindre tätt" vid händelsehorisonten än ett litet svart hål.
En massiv stjärna dör
En stjärna minst 20–25 gånger solens massa förbrukar sitt kärnbränsle och kan inte längre motstå sin egen tyngdkraft.
Kärnan kollapsar
Kärnan faller inåt på millisekunder. Om kärnan är tillräckligt massiv (över ungefär 2–3 solmassor) kan ingenting stoppa kollapsen – inte ens den täta, degenererade materian i en .
En händelsehorisont bildas
Materian krymper mot en punkt, och vid Schwarzschild-radien skärs regionen av från resten av universum – ett svart hål är fött, ofta tillsammans med en av de yttre lagren.
Hålet växer genom att äta
Det nybildade svarta hålet kan sedan växa genom att dra till sig gas, stjärnor och till och med andra svarta hål vid kollisioner.
Spagettifiering och tidens krökning
Nära ett svart hål blir skillnaden i tyngdkraft mellan huvud och fötter enorm. Denna kraft drar ut en astronaut till en lång, smal tråd. Fysiker kallar detta passande nog för spagettifiering.
Tiden ändras också. Klockor går långsammare ju starkare gravitationen är. Nära tickar tiden mycket saktare än långt borta. För någon som tittar utifrån skulle tiden vid horisonten verka stanna helt.
∞
För en avlägsen betraktare tar det en oändlig tid för något att nå själva – det bara bleknar bort, allt rödare och svagare.
Myt
Svarta hål suger upp allt i sin omgivning som dammsugare.
Sanningen
På avstånd fungerar deras gravitation precis som för vilken massa som helst. Om solen plötsligt blev ett svart hål med samma massa skulle jordens bana vara oförändrad.
Myt
Man kan se rakt in i ett svart hål.
Sanningen
är per definition ogenomtränglig för ljus utifrån – det vi ser på bilder är den strålande gasen och skuggan utanför horisonten, inte hålets insida.
Hur vet vi det?
Svarta hål fanns i teorin långt innan vi såg dem. Bevisen kom steg för steg: först ledtrådar, sedan tydliga bilder.
1916
Schwarzschilds lösning
Karl Schwarzschild löser Einsteins ekvationer och förutsäger en kritisk radie för total gravitationskollaps.
1971
Cygnus X-1
Röntgenkällan Cygnus X-1 blir en av de första starka kandidaterna till ett stjärnmassesvart hål, upptäckt via röntgenstrålning från het gas som faller mot en osynlig kompakt följeslagare.
1994
Supermassivt hål i M87
Hubbleteleskopet mäter rörelsen hos gas nära centrum av galaxen M87 och visar att en osynlig massa på miljarder solmassor måste finnas där.
2015
Gravitationsvågor från hålkollision
LIGO detekterar för första gången från två svarta hål som kolliderar och smälter samman (se artikeln om gravitationsvågor).
2019
Första fotot: M87*
Event Horizon Telescope, ett globalt nätverk av radioteleskop, publicerar den första direkta bilden av ett svart håls skugga – i galaxen M87, 55 miljoner bort.
2022
Sgr A* avslöjas
Samma samarbete visar en bild av Sagittarius A*, det supermassiva svarta hålet i centrum av vår egen Vintergata, bara 27 000 från jorden.
Hawkingstrålning – hålet som sakta avdunstar
År 1974 visade Stephen Hawking något oväntat: svarta hål är inte helt svarta. Genom effekter i kvantmekaniken läcker de sakta ut strålning. De förlorar massa och kan till slut försvinna helt efter en mycket lång tid.
Detta beror på att tomt utrymme egentligen sjuder av energi. Små partiklar dyker upp och försvinner hela tiden. Vid hålets kant kan en partikel falla in medan den andra smiter, vilket ser ut som strålning från hålet.
2,95 km
Solens Schwarzschild-radie
ungefär bredden på en mellanstor svensk stad
8,9 mm
Jordens Schwarzschild-radie
ungefär storleken på en hasselnöt
6,5 miljarder
M87*:s massa i solmassor
tyngre än flera tusen hela galaxer av stjärnor sammanslagna
10⁶⁷ år
Uppskattad avdunstningstid för ett stjärnmassesvart hål
oerhört mycket längre än universums nuvarande ålder på 13,8 miljarder år
55 miljoner ljusår
Avstånd till M87*
ljuset vi ser idag lämnade hålet innan människoarten ens fanns
Olika typer av svarta hål
Det finns olika storlekar på svarta hål, och de skapas på olika sätt.
Svarta hål i olika storleksklasser
| Typ | Massa | Schwarzschild-radie | Exempel |
|---|---|---|---|
| Stjärnmassehål | ~5–100 solmassor | ~15–300 km | Cygnus X-1 |
| Mellanstora hål | 100–100 000 solmassor | 300 km – 300 000 km | Omtvistade kandidater i klotformiga stjärnhopar |
| Supermassiva hål | Miljoner till miljarder solmassor | Miljoner till miljarder km | Sagittarius A, M87 |
Hur de allra största hålen, som det i mitten av vår galax, hann bli så stora så snabbt är något som forskare fortfarande försöker förstå.
Vanliga missförstånd
Myt
Svarta hål är hål i rymden, bokstavligen tomrum.
Sanningen
Tvärtom – de är extremt kompakta koncentrationer av massa. Namnet syftar på att de inte släpper ut ljus, inte på att de skulle vara tomma.
Myt
Allt som kommer för nära sugs oundvikligen in.
Sanningen
Precis som med andra massiva objekt kan man kretsa stabilt runt ett svart hål på säkert avstånd, precis som planeterna kretsar runt solen utan att falla in.
Myt
Svarta hål kan 'svälja' hela galaxer.
Sanningen
Även det mest massiva kända svarta hålet är fortfarande bara en bråkdel av massan i galaxen som omger det – de flesta galaxers stjärnor och gas förblir helt opåverkade.
Skillnaden mellan myt och verklighet beror på avståndet. Svarta hål är extrema, men de följer samma lagar för gravitation som allt annat så länge man håller sig på utsidan.
