Selv lyset kan ikke undslippe de sorte huller

Rummets sorte huller, der kan overstige Solens masse milliarder af gange, er stadig forbundet med mange spørgsmål. Men i de seneste år har vi fået ny og vigtig viden om et af rummets mest fascinerende fænomener, skriver professor i fysik Johan Fynbo

Tidsskriftet Nature kunne i februar fortælle om observationer af et sort hul, der med en masse på 2200 gange vores sol kan give ny viden om et af rummets mest fascinerende fænomener. Her har den amerikanske rumfartsorganisation Nasa illustreret det sorte hul i en computer-simulation. Foto: Polfoto

Sorte huller er dybt fascinerende objekter. Navnet dækker over ekstreme områder i rummet, hvor tyngdekraften er så intens, at selv ikke lyset kan undslippe. Forskningen peger på, at sorte huller ikke bare findes, men at der findes en mangfoldighed af sorte huller, både med masser tæt på Solens og gigantiske sorte huller med masser på flere milliarder gange Solens masse.

Den engelske præst og naturfilosof John Michell foreslog i 1783, at der kunne findes objekter i verdensrummet med tyngdefelter, der er så intense, at selv ikke lyset kan slippe bort. I 1783 skrev han en spekulativ artikel, hvor han rejste spørgsmålet, om der kunne eksistere objekter med så intense tyngdefelter, at selv lyset ikke kan undslippe. På Jordens overflade har ting, vi kaster op i luften, det med at falde ned igen. Men faktisk er der en grænsehastighed, kaldet undvigelseshastigheden, hvor ting, der drager af sted fra Jorden med denne eller højere hastighed ikke falder ned igen.

Det er relativt let at beregne undvigelseshastigheden, givet radius og massen af en klode, og John Michell kunne beregne, at hvis man forestillede sig et objekt med samme middelmassefylde som Solen, men med en radius cirka 500 gange større, ville undvigelseshastigheden være lysets hastighed, og selv lyset ville ikke kunne slippe bort.

Han skrev endvidere (i min oversættelse), at fra sådanne objekter kan vi ikke få nogen information fra lyset, men ”hvis andre lysende objekter skulle vise sig at kredse om dem, kunne vi måske stadig fra bevægelsen af disse omkredsende objekter udlede eksistensen af sådanne objekter med nogen grad af sandsynlighed”.

Det var meget forudseende af John Michell, for det er præcis på denne måde, man først opdagede, at der findes objekter med egenskaber, man forventer for sådanne ”sorte huller”: Altså objekter med så intense tyngdefelter, at selv lyset ikke kan slippe bort.

Et af de første objekter af denne type er objektet Cygnus X1. Navnet røber, at objektet er den klareste kilde til røntgenstråling i stjernebilledet Svanen (Cygnus på latin). Hvis man tager et billede af Cygnus X1 med et normalt optisk teleskop, ser man blot en normal, omend meget tung stjerne.

Men i røntgenstråling, som er lyspartikler med mere end hundrede gange så meget energi som optisk lys, er objektet meget klarere end normale stjerner. Det viser sig, at den stjerne, man kan se, kredser om et objekt, som vi ikke kan se, med en periode på cirka seks dage. Ud fra denne banebevægelse kan man udlede, at det usynlige objekt vejer mere end 10 gange så meget som Solen. Ud over Cygnus X1 har man fundet godt et dusin lignende objekter i Mælkevejen.

I 2015 opdagede man for første gang såkaldte gravitationelle bølger ved hjælp af ekstremt følsomme såkaldte interferometre. Eksperimentet er amerikansk og hedder Ligo. De fleste forventer, at en af de næste Nobelpriser i fysik går til denne opdagelse. Den første måling fra Ligo viste sig at komme fra sammenstødet af to temmelig store sorte huller med masser på omkring 30 gange Solens masse. Sammenstødet skete i en fjern galakse mere end 1000 millioner lysår fra Mælkevejen, men alligevel er denne detektion nok den stærkeste evidens, vi har for eksistensen af sorte huller. Det bliver overordenligt spændende at følge, hvad Ligo kommer til at opdage i de kommende år.

Ud over disse sorte huller med masser på 10-30 gange Solens masse, har man også opdaget en hel anden klasse af såkaldte supertunge sorte huller. Disse sorte huller findes i centrene af alle galakser og således også i centeret af vores egen galakse, Mælkevejen. Præcis som Michell forudså, har man opdaget Mælkevejens supertunge sorte hul ved at følge bevægelsen af stjerner, der bevæger sig rundt om det. Endvidere har man kunnet fastslå dette sorte huls masse til hele fire millioner gange Solens masse. Her kunne der også meget vel tænkes at falde en Nobelpris. Selvom 4 millioner solmasser lyder som meget, har man i andre galaksers centre identificeret meget tungere sorte huller med masser på flere milliarder gange Solens masse.

Den seneste opdagelse omkring sorte huller blev annonceret i tidsskriftet Nature i februar i år. I stjernehoben 47 Tuc har man fundet evidens for et sort hul med en masse på cirka 2200 solmasser. Denne hob er en samling på mere end en million meget gamle stjerner – faktisk med en alder, der er bestemt af den danske astronom Karsten Brogaard og hans kolleger ved institut for fysik og astronomi under Aarhus Universitet til 11,8 milliarder år.

Denne opdagelse blev gjort ved at studere bevægelsen af såkaldte neutronstjerner, hvis bevægelser kan studeres meget nøjagtigt ved hjælp af radiostråling. Det er første gang, man har fundet et sort hul med en masse i intervallet mellem de såkaldte stellare sorte huller og de supertunge sorte huller, og denne opdagelse kommer til at være en vigtig brik i forståelsen af, hvordan de supertunge sorte huller kan være opstået.

Den interesserede læser kan finde mere information i bogen ”Verdensbilledet i forandring – et hundredårigt perspektiv” udgivet af Astronomisk Selskab og forlaget Epsilon.