100 milliarder kilometer er diameteren på begivenhedshorisonten, grænsen, som. intet kan slippe bort fra.

Transkript

1 Cromalin-godk. Red sek.: Layouter: HB.: Prod.: 100 milliarder kilometer er diameteren på begivenhedshorisonten, grænsen, som intet kan slippe bort fra lysår strækker en galakse i hoben PKS sig over. I midten ligger det ultramassive sorte hul I en galakse i centrum af hoben PKS ligger et sort hul med en begivenhedshorisont, som er større end Solsystemet. 40 milliarder gange Solens masse vejer de hidtil tungeste sorte huller. cxc/nasa

2 Chandra-teleskopet finder SORTE KÆMPE Print: lku Status: Er PDFet Layout:DZ Red.sek:EW HULLER Ved en tilfældighed er en gruppe astronomer snublet over de tungeste sorte huller nogen sinde. Hullerne ligger i centrum af fjerne kæmpegalakser og gemmer på en stadig uløst gåde. U niversets særeste skabninger er sorte huller og det er også nogle af de tungeste. For nylig har astronomer fundet sorte huller, som vejer op til 40 milliarder gange så meget som Solen fire gange mere end den vægtgrænse, forskerne ellers kendte. Hullerne er så enorme, at astronomerne har været nødt til at skabe en helt ny kategori: ultramasive sorte huller. Indtil videre har forskerne kun fundet få bekræftede eksempler på sværvægterne, men meget tyder på, at de eksisterer i hobetal måske endda nogle, som er endnu tungere. Fælles for de sorte huller er, at de består af en såkaldt singularitet en enorm mængde stof presset sammen i ét punkt. Stoffet ligger så tæt, at selv atomerne er mast sammen, så elektronerne ikke længere kredser om atomkernen, men er Af Lone Djernis Olsen

3 Cromalin-godk. Red sek.: Layouter: HB.: Prod.: Stjerner kollapser under deres egen vægt Sorte huller er gravmæler over supergiganter nogle af universets tungeste stjerner. Når de dør, falder deres enorme masse indad og samles i ét punkt med uendelig koncentration af stof. Tyngdekraft fra den store masse. Strålingstryk skabt af energitransport fra centrum. mikkel juul jensen Fusionsprocesser Gassky trækker sig sammen på grund af tyngdekraften Gassky 17 blå supergigant Stjerne opstår af gas 20 Stjerner dannes ved, at en stor sky af gas og støv bliver ustabil og begynder at trække sig sammen Kæmpen begynder at lyse Idet gassen koncentreres, stiger temperaturen i midten og bliver så høj, at atomkerner smelter sammen. Fusionsprocesserne får stjernen til at udsende lys og varme. Energien frigives i centrum og holder sammen med tyngdekraften stjernen i balance Stråler ledte forskerne på sporet 50 Opdagelsen af de ultramassive sorte huller er gjort af en forskergruppe fra Stanford og Cambridge University ledet af astrofysikeren Julie Hlavacek-Larrondo. Hun snublede nærmest over dem, mens hun var i gang med at løse en anden af universets mange gåder, nemlig mysteriet om de stråler af materiale kaldet jetter, som nogle sorte huller udspyer. Julie Hlavacek-Larrondo studerede 18 sorte Illustreret Videnskab. 9/2013 huller i galaksehobe meget langt borte. Her fandt hun jetter, som blev udsendt i begge retninger langs de sorte hullers rotationsakse, på samme måde som i sorte huller nær os. Der var imidlertid én ting, som undrede astrofysikeren: Kun meget få af de sorte huller skinnede. Lys fra sorte huller er normalt et tegn på, at stof bliver suget ind i hullet. Og sorte huller henter netop energi til jetter fra stof, som suges ind fra omgivelserne. På sin vej mod hullet bliver stoffet, der først og fremmest består af gas, opvarmet og begynder at lyse. Lyset kan astronomerne se i deres teleskoper, indtil gassen krydser det sorte huls begivenhedshorisont. Men her var der kun meget lidt lys at se, så hvor kom energien til de fremtrædende jetter fra? En mulighed var, at de sorte huller var langt tungere, end man Forsker slår hul i myte Julie Hlavacek-Larrondo er fascineret af sorte huller. Den såkaldte singularitet i centrum af et sort hul er ekstremt lille, men kræfterne herfra rækker langt ud i universet. Studiet af sorte huller bragte Julie Hlavacek-Larrondo på sporet af de ultramassive huller i store galakser. Larrondo arbejder nu på Stanford University. J. Hlavacek-Larrondo/Stanford University 39 trykket ind i den. Normalt er den slags en umulighed, fordi den elektromagnetiske kraft samt de stærke og svage kernekræfter sikrer, at atomerne har en udstrækning, og at elektronerne holder deres baner om kernen. Men fordi tyngdekraften er så ekstrem i sorte huller, overtrumfer den de andre kræfter, så atomerne klasker sammen. Tyngdekraftens ekstreme træk gør også, at intet selv ikke lys kan slippe væk, hvis det først har passeret en grænse, som kaldes begivenhedshorisonten. Jo mere masse det sorte hul har, des længere ude ligger begivenhedshorisonten. De nyfundne sorte huller har en begivenhedshorisont på størrelse med Solsystemet. Så lå et sort hul på Solens plads, ville det trække alt til sig helt ud på den anden side af Neptuns bane. Jeg bliver ikke overrasket, hvis vi finder et sort hul med en masse på 100 milliarder gange Solens. Astrofysiker Julie Hlavacek-Larrondo

4 Tilbageværende stof trækkes ind af tyngdekraften. Al masse er samlet i ét punkt. SORT HUL De yderste lag afstødes i en supernovaeksplosion. 3. Fyrværkeri afslutter festen Efter millioner eller milliarder af år slipper brændstoffet op. Når stjernen holder op med at producere energi, ophører strålingstrykket, og stoffet falder sammen. De yderste gaslag kastes af i en enorm eksplosion. 4. Et sort hul er tilbage Atomerne kan ikke modstå tyngdekraften, og stjernen kollapser til en såkaldt singularitet. Her er massefylden i princippet uendeligt stor. Et sort hul er skabt. hidtil havde ment. Ekstra masse ville give den pondus, der skulle til for at udsende vedvarende jetter selv uden at suge nyt stof ind. Julie Hlavacek-Larrondo gik derfor i gang med at undersøge, om hullerne kunne have en hidtil uhørt stor masse. Astronom fik en lys idé For at bestemme et sort huls masse er den mest nøjagtige metode at se på, hvordan hullet får nærliggende gas eller stjerner til at rotere omkring sig. Selve det sorte hul er usynligt, da intet lys slipper væk. Men ved at undersøge, hvor meget det trækker i andre himmellegemer, kan astronomerne anslå massen. I øjeblikket kan kun rumteleskopet Hubble levere data af tilstrækkeligt høj kvalitet. Uheldigvis har Hubble aldrig observeret de 18 sorte huller, Hlavacek-Larrondo studerede, og det var heller ikke muligt at få tid til det inden for en overskuelig fremtid. Astrofysikeren måtte finde på noget andet. I stedet brugte hun sin viden om en simpel og fundamental sammenhæng, der eksisterer mellem den mængde røntgenstråling og radiobølger, gassen omkring et sort hul udsender, og det sorte huls masse. Og netop røntgenstrålingen omkring de interessante sorte huller havde NASA-satellitten Chandra lavet meget nøjagtige målinger af. Rønt- lysår er afstanden til det store sorte hul i centrum af Mælkevejen, vores egen galakse. Men der kan være mange mindre sorte huller andre steder i Mælkevejen. genstråling absorberes af atmosfæren, så derfor er det nødvendigt at bruge teleskoper som Chandra i kredsløb om Jorden. Radiobølger går derimod lige gennem atmosfæren, så her er det tilstrækkeligt med teleskoper på Jorden. Så de observationer af radiostråling, astrofysikeren skulle bruge, kunne hun få fra jordbaserede teleskoper som Karl G. Jansky Very Large Array i New Mexico og Australia Telescope Compact Array. I forvejen havde andre astronomer anslået vægten af de 18 sorte huller blandt andet ud fra en teori om, at der er en fast sammenhæng mellem massen af et sort hul og massen af den galakse, hullet ligger i centrum af. Men da Julie Hlavacek-Larrondo beregnede massen ud fra data fra røntgen- og radioteleskoperne, passede værdierne ikke. De sorte huller var i gennemsnit 10 gange tungere, end forskerne havde troet. Resultatet betød, at der enten var en fejl i de nye beregninger, eller også var den gamle teori forkert: et klassisk dilemma i naturvidenskabelig forskning. Hlavacek-Larrondo valgte at holde fast i, at hendes beregninger var rigtige, fordi sammenhængen mellem mængden af røntgenstråling og radiobølger på den ene side og det sorte huls masse på den anden havde holdt stik i så mange andre tilfælde. Samtidig kunne hun forklare, hvordan de sorte huller bar sig ad med at udsende kraftige jetter. De nye tal viste, at de sorte huller havde masser på op til 40 milliarder gange Solens tungere end nogen andre huller, forskerne kender. Næste skridt var at indpasse opdagelsen i kataloget over sorte huller: Indtil for nylig mente astronomerne, at sorte huller primært findes i to udgaver: små huller, som har en masse på mellem 10 og gange Solens og er spredt jævnt i de fleste galakser, og supermassive sorte huller, som vejer mellem og 10 milliarder gange mere end Solen og holder til 9/2013. Illustreret Videnskab Print: lku Status: Er PDFet Layout:DZ Red.sek:EW Sorte huller opstår overalt i universet. Flere kan måske smelte sammen og danne supertunge huller. supernova

5 i galaksernes centre. Nyere observationer tyder dog på, at der også eksisterer en sjælden type af mellemklassehuller. Og nu må familien af sorte huller altså udvides endnu en gang med ultramassive huller, der har en masse på op til 40 milliarder gange Solens. 9 Sorte huller æder hinanden 10 Den sidste og stadig uløste gåde er, hvordan hullerne har vokset sig så enorme. Astronomerne ved, at små sorte huller opstår, når store stjerner dør. Stjernerne falder sammen under deres egen tyngdekraft og ender som en singularitet med hele massen samlet i ét punkt. Supermassive sorte huller er muligvis blevet til ved kollisioner mellem små sorte huller og har på den måde vokset sig store. For de nyfundne giganter er den forklaring ikke tilstrækkelig. Astronomerne er ikke sikre, men ifølge en teori er de blevet til, når flere store og meget aktive galakser er stødt sammen. De centrale sorte huller har så opslugt hinanden og er vokset til mastodontstørrelse. Antagelsen passer med, at forskerne i dag er ret sikre på, at langt de fleste galaksecentre huser et supermassivt sort hul inklusive Mælkevejen, vores egen galakse. Det sorte hul i Mælkevejens centrum ligger cirka lysår fra vores solsystem. Og ved at kigge på, hvordan nærliggende stjerner kredser om det, har astronomerne anslået massen til 4,1 million gange Solens Ordbogen skal endevendes 38 Julie Hlavacek-Larrondo vil stadig gerne have sin opdagelse bekræftet af Hubbleteleskopet. Med Hubble kan massen fastslås ved at analysere, hvordan himmellegemer tæt på et sort hul påvirkes af det. Viser Hubble samme resultat, giver det stor troværdighed til opdagelsen. Samtidig har det for nogle af de 18 sorte huller indtil videre kun været muligt at fastslå en nedre grænse for massen det vil sige en mindstevægt for hullerne. I princippet kan den virkelige masse være langt større. Ved hjælp af Hubbleteleskopet tror Julie Hlavacek-Larrondo, at hun måske finder et sort hul med en masse på 100 milliarder gange Solens. Sker det, kommer hun igen på arbejde med at give en forklaring på tilblivelsen. Og astronomerne må sikkert også støve ordbogen igennem for at finde et nyt ord til de massive kæmper, efter at super- og nu også ultra- er brugt Illustreret Videnskab Layouter: HB.: Prod.: jpl/nasa Cromalin-godk. Red sek.: Lysende gas afslører sorte huller Løse huller tilhører sjælden underart FÆNOMEN: Sorte huller uden for galaksecentre er normalt relativt små og lette. Derfor er det et mysterium, at to sorte huller, som er fundet i armene af spiralgalaksen IC 342, alligevel er i stand til at få gas i nærheden til at lyse kraftigt op den slags vil sædvanligvis kræve en langt større masse. De to sorte huller er såkaldte ULX er (ultraluminous X-ray sources) kraftigt lysende røntgenkilder. Hullerne er spottet med et røntgenteleskop, og billedet er lagt sammen med et almindeligt foto optaget i synligt lys, så placeringen i galaksen bliver tydelig. MULIG FORKLARING: ULX erne er måske en sjælden slags sorte huller i mellemstørrelse. Forskerne udelukker dog ikke, at der kan være tale om almindelige huller, som lyser stærkt af en hidtil ukendt grund. 3 minusgrader er temperaturen inde i sorte huller. De ekstreme kuldegrader er meget tæt på det absolutte nulpunkt.. 9/2013

6 cxc/nasa Kollision sendte sort hul på langfart FÆNOMEN: Store sorte huller befinder sig som regel i centrum af galakser, hvor de gennem millioner eller milliarder af år suger masse ind uden at flytte sig. Ved at kombinere data fra flere teleskoper heriblandt NASA s røntgenteleskop Chandra har forskerne i 2012 opdaget, at et sort hul er på vej ud af sin galakse med en hastighed på flere millioner kilometer i timen. Det sorte hul er allerede langt fra centrum og vil med den nuværende fart helt forlade den på et tidspunkt. MULIG FORKLARING: Teorien er, at det sorte hul oprindeligt var to huller, som befandt sig i centrum af hver sin galakse. De to galakser kolliderede for flere milliarder år siden, og hullerne i centrum smeltede sammen. Kollisionen skabte nogle såkaldte gravitationsbølger, det vil sige en form for krusninger i rumtiden det medie, som alle himmellegemer bevæger sig i. Gravitationsbølger kan udøve en enorm kraft på omgivelserne, og astronomerne tror, at bølgerne måske sendte det sorte hul på langfart ved så at sige at skvulpe det afsted. Fire opdagelser forvirrer astronomerne I 2012 opdagede forskerne et sort hul i ilmarch ud af sin galakse. Den sælsomme opførsel er blot et af en række fænomener, astronomerne forsøger at forklare. Bevægelsesretning Tvillingehuller har overlevet FÆNOMEN: I galaksen M82 12 millioner lysår fra Jorden opstår der hele tiden nye stjerner. Men blandt de mange nye stjerner har forskerne også opdaget to sorte huller tæt på hinanden. Hullerne har undgået at blive suget ind i galaksens centrum. MULIG FORKLARING: Forskerne tror, at denne type huller kan være starten på supermassive huller i galaksecentre. Endnu har de ikke masse nok til at havne i centrum. Galaksecentrum Sorte huller cxc/nasa Gassky Jet Sorte huller udsender kraftfulde jetter FÆNOMEN: Når et sort hul suger gas til sig på grund af sin voldsomme tyngdekraft, samler gassen sig i en skive, hvor den bliver presset sammen og opvarmet. Lige inden gassen passerer det sorte huls begivenhedshorisont, bliver en del af den i nogle tilfælde pludselig accelereret og sendt langt ud i verdensrummet. De to modsatrettede søjler af gas kaldes jetter og skydes ud langs det sorte huls rotationsakse. MULIG FORKLARING: De to jetter består af partikler, som bevæger sig med noget nær lysets hastighed. Astronomerne forstår ikke helt, hvordan de dannes, men forskerne har konstateret, at når partiklerne i de to jetter støder sammen med ekstreme hastigheder, udsender de energirig gammastråling. Analyser af strålingen ventes at give et fingerpeg om, hvordan jetterne opstår. gsfc/nasa Print: lku Status: Er PDFet Layout:DZ Red.sek:EW Udsnit Sort hul illvid.dk Rejs ind i et sort hul Følg et rumskib på vej mod begivenhedshorisonten.