Sort hull

Tanken om et legeme med så stor masse at ikke en gang lys kan unnslippe ble først lagt fram av den britiske geologen John Michell i 1783 i en artikkel sendt inn til Royal Society. Newtons gravitasjonsteori og begrepet unnslipningshastighet var på denne tiden ganske velkjente. Michell beregnet at et legeme med 500 ganger solens radius og omtrent samme tetthet skulle ha en unnslipningshastighet på overflaten som var lik eller større enn lysets hastighet, noe som ville bety at legemet ville være usynlig siden ikke en gang lys hadde stor nok hastighet til å unnslippe. I Michells egne ord:

Om halvdiameteren av en kule med samme tetthet som solen skulle overgå halvdiameteren til solen i forholdet 500 til 1, ville et legeme som faller fra en uendelig høyde mot den ha ervervet en større hastighet enn lysets når den nådde dens overflate, og antagelsen om at lys blir tiltrukket av den samme kraften som andre legemer (i forhold til massetreghet) fører til at alt lys fra et slikt legeme vil bli holdt tilbake til kulen av dens gravitasjon.

John Michell^[9]

Michell anså det som usannsynlig, men fullt mulig, at flere slike objekter kunne finnes i universet. Michells forestilling om at lyset sendes ut fra en slik supermassiv stjerne for så å bremses opp, stoppe og falle tilbake, er senere tilbakevist av moderne relativitetsteorier.

I 1796 fremmet den franske matematikeren Pierre-Simon Laplace den samme tanken i de første og andre utgavene av sin bok Exposition du système du Monde (men den ble fjernet fra senere utgaver).^[10][11] Slike «mørke stjerner» ble hovedsakelig oversett på 1800-tallet da det ikke ble forstått hvordan en bølge uten masse som lys kunne påvirkes av tyngdekraften.^[12]

Den generelle relativitetsteorien

Albert Einsteins generelle relativitetsteori i 1915 endret dette. Han hadde tidligere påvist at tyngdekraft faktisk påvirket lys. Noen måneder etter utgivelsen av relativitetsteorien utga Karl Schwarzschild løsningen på ligningen som beskrev gravitasjonsfeltet hos en punktformet masse i et for øvrig tomt rom og antydet dermed at det som vi i dag kaller for et sort hull faktisk kunne eksistere. Schwarzschild-radius betegner radien et ikke-roterende objekt må komprimeres til for at unnslipningshastigheten skal overstige lyshastigheten (og dermed skape et sort hull). Schwarzschild selv trodde ikke at sorte hull kunne manifestere seg fysisk.^[13] Noen få måneder etter Schwarzschild kunne Johannes Droste, en student av Hendrik Lorentz, uavhengig gi den samme løsningen for en punktmasse og han skrev mer utfyllende om dens proporsjoner.^[14]

Robert Oppenheimer (sammen med Solomon H. Snyder) forutså således at store stjerner kunne gjennomgå en dramatisk gravitasjonskollaps. Sorte hull kunne i prinsippet oppstå i naturen. I en periode kaltes slike legemer for frosne stjerner. De inntil videre hypotetiske sorte hullene fikk dog ingen større oppmerksomhet før sent på 1960-tallet da interessen for kollapsede objekter ble vekket på nytt av oppdagelsen av pulsarer (nøytronstjerner). Kort tid etter ble begrepet «sort hull» (black hole) første gang benyttet av den teoretiske fysikeren John Archibald Wheeler under en konferanse i 1967. Tidligere hadde uttrykket «sort stjerne» (black star) vært benyttet. Uttrykket forekommer i blant annet et tidlig avsnitt av Star Trek. I fransk og russisk oversettelse har betydningen av «sort hull» en tilleggsmening som «vakkert sammenstøt», noe som er årsaken til at begrepet «svart stjerne» til en viss grad fortsatt blir benyttet^{[trenger referanse]}.

22. januar 2014 lanserte Stephen Hawking en teori om at hendelsehorisonten som definerer sorte hull ikke eksisterer.^[15] Han skrev i rapporten Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes at det ikke finnes noen sorte hull på grunn av fraværet av en hendelseshorisont, og at lys og materiale som fanges av et sort hull ikke kan bli fullstendig tilintegjort. Et alternativt forslag er at kvantefysikken får rommet ved et sort hull til å oppføre seg så vilt at det ikke går an å snakke om noen hendelseshorisont. Systemer vil til slutt slippe ut igjen om de har havnet i et sort hull.^[16]

På 1970-tallet ble det lansert en alternativ hypotese som foreslo at et sort hull kan være forbundet med et såkalt hvitt hull og danne et «ormehull» i romtid. Hvite hull skulle ifølge hypotesen kunne manifestere seg som et gammaglimt, men det finnes pr. 2018 ingen observasjoner som underbygger denne hypotesen.^[17]

Siden hverken lys eller stråling kan unnslippe et sort hull, er det ikke mulig å observere direkte hva som befinner seg i senteret. Pr. 2018 er det ingen som med sikkerhet vet hva som finnes inne i et sort hull, og det finnes heller ingen fysiske modeller eller teorier som fullt ut forklarer disse ekstreme objektene. På overflaten til et tenkt objekt i det sorte hullets gravitasjonssenter vil lyshastigheten være overskredet, noe som gjør at den generelle relativitetsteorien ikke lenger er tilstrekkelig for å forklare hva som skjer. Et hypotetisk éndimensjonalt punkt uten utstrekning og med uendelig tetthet er en modell som brukes for å forsøke å forklare hva som skjer. Dette punktet kalles en singularitet, og det sorte hullets samlede masse befinner seg i dette punktet.

To hovedtyper sorte hull synes å eksistere. I den ene enden av størrelsesskalaen er sorte hull som er oppstått etter at en stor stjerne har kollapset. Disse sorte hullene har masse som tilsvarer tre ganger solens masse og oppover. De antas å være spredd rundt om i galaksene og universet, og er nærmest umulig å oppdage. I den andre enden av skalaen er supermassive sorte hull, som antas å finnes i sentrum av de fleste galaksene. Et supermassivt sort hull kan ha en masse tilsvarende mange millioner sol-masser. Når materiale – som gass fra en stjerne som kommer for nær – faller inn i et supermassivt sort hull, vil det genereres en ekstremt intens stråling; både synlig lys og røntgen- og gammastråling. Disse objektene kalles kvasarer, og er de mest strålingssterke objektene som er kjent.

Det er ikke funnet bevis for at såkalte «mellomstore» sorte hull eksisterer. Observasjoner gjort av romteleskopene Hubble (synlig lys), Chandra og XMM-Newton (røntgensstråler) har imidlertid styrket hypotesen om at slike mellomstore sorte hull kan finnes.^[18]

• Carroll, Sean M. (2003): Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relativity, Addison-Wesley, San Francisco. ISBN 0-8053-8732-3.
• Melia, Fulvio (2003): The Black Hole in the Center of Our Galaxy, Princeton University Press.
• Melia, Fulvio (2007): The Galactic Supermassive Black Hole, Princeton University Press.
• Shapiro, S. L.; Teukolsky, S. A. (1983): Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects, Wiley-Interscience.
• Taylor, Edwin F.; Wheeler, John. A. (2000): Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity, Benjamin Cummings.
• Thorne, Kip S. (1994): Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy, W. W. Norton, New York. ISBN 0-393-31276-3.
• «Black Holes». Scholarpedia. 2008
• «Black Holes. Gravity's Relentless Pull». Hubblesite. Et interaktiv undervisningsnettsted om svarte hull
• Hammerstrøm, Maria (2019): Den lille boka om Universet

• (en) Black holes – kategori av bilder, video eller lyd på Commons
• (en) Black hole – galleri av bilder, video eller lyd på Commons
• (en) sort hull i Unified Astronomy Thesaurus
• (no) Artikler om sorte hull hos Universitetet i Oslo (UiO)
• (no) Hva er et sort hull?, Forskning.no 23. oktober 2002
• (sv) «Svarta hål» hos Kosmologika.net (svensk)
• (en) Hjemmeside for Event Horizon Telescope