Sorte huller er de mest mystiske indbyggere i rummet. Uanset hvor meget vi prøver, vil vi trods alt aldrig vide, hvad der sker ud over begivenhedshorisonten. Dette skræmmende mørke, hvorfra intet kan undslippe, ikke engang fotoner af lys. I mange årtier blev disse rummonstre betragtet som hypotetiske objekter, og bevis for deres eksistens syntes utænkeligt. Det samme kan siges om mørkt stof, en hypotetisk form for stof, der ikke kan observeres og anslås at udgøre omkring 85 % af universet. Dets eksistens, som sorte huller engang, kan bedømmes ud fra den kraftige gravitationseffekt, som dette stof har på kosmiske objekter, der holder dem sammen. Er det noget under, at den mystiske natur af både mørkt stof og sorte huller får videnskabsmænd til at tro, at disse indbyggere i universet er forbundet, og at mørkt stof kan opdages ved at observere rummonstre?
Et af hovedmysterierne i moderne fysik er mørkt stofs natur. Men hvordan hænger det sammen med sorte huller? Billede: d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net
Indhold
- 1 Struktur af sorte huller
- 1.1 Jets, rotation og tyngdekraften
- 2 Mørkt stofs natur
- 3 Hvordan opdager man mørkt stof?
- 4 huller i teorien
Sorte hullers struktur
At være et af de mest mystiske og eksotiske objekter i universet, sorte huller er dannet som et resultat af sammenbrud af massive stjernerog har så kraftig tyngdekraft, at ikke engang lys kan undslippe deres grænser. Hovedelementerne i det sorte huls struktur inkluderer begivenhedshorisonten, singularitet og tilvækstskiven. Men først og fremmest.
Event Horizon– dette er grænsen omkring et sort hul, en gang ud over hvilket alt – fra stof til lysfotoner – forsvinder for altid. Faktisk er begivenhedshorisonten en slags «point of no return» – alt, der krydser det, bliver en del af det sorte hul og kan ikke længere interagere med omverdenen. Begivenhedshorisontens radius kaldes Schwarzschild-radius og afhænger af massen af det sorte hul.
Hændelseshorisonten for et sort hul er point of no return. Billede: cdn.mos.cms.futurecdn.net
Med hensyn til midten af det sorte hul er der en singularitet på dette sted- det punkt, hvor stoffets tæthed og rumtidens krumning bliver uendelig. Her ophører fysikkens love, som vi forstår dem, med at gælde. Stof, der absorberes af et sort hul, komprimeres til en uendelig lille størrelse, hvilket skaber en enorm tyngdekraft.
Mere om emnet: Hvad lever sorte huller af, og påvirker dette deres udseende
Interessant nok er det, der gør sorte huller observerbare,accretion disken, som består af gas og støv og roterer omkring det. Materialet i accretionskiven opvarmes til ekstremt høje temperaturer af friktion og tyngdekraft, og udsender stråling i forskellige bånd af det elektromagnetiske spektrum, inklusive røntgenstråler.
Jets, rotation og tyngdekraft
< p>Nogle sorte huller, især supermassive (dem, der er placeret i centrum af galakser) kan udstøde smalle stråler af stof, kaldet jetfly. Disse jetfly bliver kastet ud langs det sorte huls spin-akser og kan strække sig i tusindvis af lysår. Stråler dannes af materiale, der ikke blev forbrugt af det sorte hul og accelererer i stedet langs dets magnetfelter.
Strålen, en plasmastråle, der flygter fra det sorte hul i dets centrum, ændrer med jævne mellemrum retning. Billede: d182hggomw8pjd.cloudfront.net
Der er også roterende eller Kerr sorte huller, hvis begivenhedshorisonter og strukturer adskiller sig væsentligt fra deres ikke-roterende modstykker. Sådanne sorte huller skaber en “trækkende” effekt. rum-tid omkring dig.
Sorte huller har en stærk indflydelse på det omgivende rum-tid. De bøjer det så meget, at det forårsager effekter forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori, såsom gravitationslinser (bøjningen af lys omkring et sort hul) og tidsudvidelse nær begivenhedshorisonten.
Mere Læs mere interessant artikler om sorte huller og andre indbyggere i universet på vores kanal i Yandex.Zen – artikler, der ikke er på webstedet, offentliggøres regelmæssigt der!
Og selvom sorte huller har flyttet sig fra hypotetiske objekter til rigtige objekter i 2019, er de stadig genstand for intense undersøgelser, da de giver unikke muligheder for at teste vores viden om tyngdekraft, kvantemekanik og universets struktur.
< h2> Det mørke stofs natur
Fysikere har talt meget om mørkt stof i lang tid, for ifølge observationer og tilgængelige data burde det eksistere. For at forklare gravitationelle anomalier i rummet skal mørkt stof desuden være omkring 5 gange mere almindeligt i universet end almindeligt synligt stof – for eksempel er der i vores galakse 15 gange mere mørkt stof end almindeligt stof.
Forskere bedømmer eksistensen af mørkt stof ud fra dets gravitationseffekt på rumobjekter. Billede: static.scientificamerican.com
Problemet er imidlertid, at mørkt stof i sagens natur også er praktisk talt uopdagelig, fordi det interagerer meget svagt med almindeligt stof, undtagen ved tyngdekraften. Og selvom mørkt stofs natur forbliver et mysterium, mener de fleste forskere, at dette hypotetiske stof består af ukendte elementarpartikler.
Desværre har ingen eksperimenter på trods af årtiers indsats opdaget nye partikler, der kunne være ansvarlige for mørkt stof, siger Przemek Mroz fra Warszawa University Astronomical Observatory i Polen.
Mroz er hovedforfatter af to artikler for nylig offentliggjort i Nature og Astrophysical Journal Supplement, der tester, om mørkt stof kan forklares af en anden mystisk klasse af objekter i universet: sorte huller.
Fysikere ønsker at forstå, hvordan mørkt stof og sorte huller hænger sammen? Billede: www.universetoday.com
Husk på, at siden opdagelsen af sorte hul-fusioner i 2015 er omkring 100 tilfælde blevet identificeret. Disse sorte huller er typisk 20 til 100 gange tungere end vores sol, og sorte huller, der tidligere er opdaget i Mælkevejen, er typisk kun 5 til 10 solmasser. «At forklare, hvorfor disse to populationer af sorte huller er så forskellige fra hinanden, er et af de største mysterier inden for moderne astronomi,«, siger artiklen.
Du kan være interesseret: Fysikere i gang med den nye teori om tyngdekraften – hvilken rolle spiller mørkt stof i den?
Hvordan opdager man mørkt stof?
I et forsøg på at besvare disse og andre spørgsmål har forskere foreslået, at de større sorte huller opdaget af LIGO- og Jomfru-eksperimenterne er oprindelige sorte huller dannet i det tidlige univers. Da gravitationsbølgedetektorer bruges til at detektere nye sorte huller, spekulerer fysikere i, at sådanne primordiale sorte huller kan stå for en betydelig del, hvis ikke alt, af mørkt stof. Desuden, selvom sorte huller ikke udsender lys, kan denne teori testes.
En konsekvens af Einsteins generelle relativitetsteori er, at massive objekter kan bøje lys omkring dem. Denne effekt kaldesgravitationslinser. Når et massivt objekt, såsom et sort hul, kommer mellem Jorden og andre objekter, såsom galakser, vokser disse galakser i størrelse, og deres lysstyrke øges.
Jo større massen af det objekt, der forårsager gravitationslinser, er, desto længere øges lysstyrken af legemerne bagved. Billede: spacegid.com
Bemærk, at objektivering af objekter på størrelse med Solen varer flere uger. Men gravitationslinsningen af sorte huller med en masse på mere end 100 solmasser ville vare i flere år.
Gå ikke glip af: The Quantum World: Hvordan er sterile neutrinoer og mørkt stof relateret?
Ideen om, at gravitationslinser kunne hjælpe med at studere mørkt stof, blev først fremsat i 1980'erne af den polske astrofysiker Bogdan Paczynski. Eksperimenter har vist, at sorte huller mindre end Solen kan udgøre mindre end 10 % af mørkt stof. Men disse tidlige eksperimenter var ikke følsomme over for objektivering på længere tidsskalaer.
Et hul i teorien
Nu har astronomer fra Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) præsenteret nye resultater fra 20 års observation af 80 millioner stjerner i den nærliggende Store Magellanske Sky. Hvis mørkt stof i Mælkevejen kun bestod af sorte huller, ville forskerne forvente at se 258 mikrolinsebegivenheder. I stedet viste deres resultater kun 13.
Diagrammet viser galakser med gule prikker. Forventede og observerede fænomener med mikrolinsing af massive objekter mod den store magellanske sky, synlig gennem Mælkevejens glorie. Billede: phys.org
Dette indikerer, at massive sorte huller ikke kan udgøre mere end et par procent af mørkt stof. For at være præcis kan sorte huller med en masse på 10 solmasser ikke indeholde mere end 1,2 % mørkt stof. Sorte huller med en masse på 100 solmasser står for 3,0 % af mørkt stof, og sorte huller med en masse på 1000 solmasser står for 11 % af mørkt stof, forklarer Mroz.
Fået i undersøgelsen viser dataene, at primordiale sorte huller ikke kan tegne sig for en signifikant brøkdel af mørkt stof, og forklarer samtidig de observerede sorte huls fusionshastigheder målt af LIGO og Jomfruen. Uanset hvad, forbliver mysteriet omkring, hvad der udgør det meste af mørkt stof, uløst.