Svarte hull og andre stjernerester
En reflekskledd hundeeier er ute med sin svarte hund en mørk kveld. Du ser ikke selve hunden, men skjønner ut fra eierens bevegelser at noe river og sliter i enden av båndet. Slik er det med svarte hull også.
Starmus har verdens fremste ekspert på svarte hull på plass når Stephen Hawking ruller inn på scenen i Trondheim Spektrum. Men også NTNUs egne forskere bidrar til å utvide kunnskapen om svarte hull – og deres småsøstre, nøytronstjerner og hvite dverger. Vi har bedt professor Jens O. Andersen fra Institutt for fysikk om gi oss en begynnerleksjon i døde stjerner.
– Det er mange myter knyttet til svarte hull. Men det er ikke noe guffent eller muffens med svarte hull så lenge du holder deg utenfor en viss radius, forteller Andersen.
Jens O. Andersen, Foto: Julie Gloppe Solem
Dette slo astrofysikeren Karl Schwarzschild fast i 1916, derav navnet Schwarzschild-radiusen. Året før hadde Albert Einstein utviklet gravitasjonsteorien. Til sammen sørget de to tyske herrer for sterkt utvidet kunnskap om de svarte hullene. Neste bidrag i samme størrelsesorden kom i 1974 da Stephen Hawkings oppdagelser kom på bordet. Men la oss vente litt med Hawking, og starte med det grunnleggende.
Ikke hull
Svarte hull er ikke egentlig hull, men et svært kompakt objekt som blir til ved at en stor stjerne kollapser. Altså stor som i åtte til ti ganger så stor som sola. Hvorfor svart? Fordi tettheten er så stor at ikke en gang lys ikke kan unnslippe. Lysets hastighet er ikke stor nok til at lysstrålene greier å slippe unna. Vi sier at unnslippelseshastigheten er større enn lysets hastighet. Da blir det mørkt. Helt svart.
– Grensen på et svart hull kalles en horisont. Og i likhet med en horisont slik vi kjenner den, kan vi ikke se forbi horisonten. Ingen vet derfor hva som foregår inne i et svart hull, forteller Andersen. Vi kan imidlertid observere hva som skjer med objekter i omgivelsene og trekke en del konklusjoner ut fra det.
Se for deg en hundeeier med refleksvest som er ute og går med den svarte hunden sin i mørket. Hunden holdes i bånd, men river og sliter i båndet. Selv om du i mørket ikke kan se selve hunden, skjønner du at den er der, ut fra bevegelsene i hundeeierens kropp. Du kan også si en del om hvordan hunden oppfører seg. Uten å se den.
Hawkingstråling
Astrofysikere gjør utregninger på bakgrunn av de observasjonene som finnes. Utvikler teorier, regner, og sammenligner med observasjoner. Slik jobbet også Stephen Hawking da han på 1970-tallet tok kunnskapen om svarte hull et langt skritt videre. Det han fant ut var at de sender ut stråling. Av dette kunne han slutte to ting: Svarte hull har temperatur. Og de fordamper, i og med at stråling er energi – som unnslipper.
Stephen Hawking har forsket på svarte hull. Han kom fram til at de sender ut stråling. Av dette kunne han slutte to ting: Svarte hull har temperatur. Og de fordamper, i og med at stråling er energi – som unnslipper. Foto: Starmus
I sin natur vil et svart hull over tid dermed krympe. Men de kan også vokse.
– Alt som kommer innenfor den såkalte Schwarzschild-radiusen, er i trøbbel. Det kommer aldri mer ut av feltet, og blir sugd inn til sentrum. Radiobølger slipper heller ikke ut, forteller Andersen. Derfor er det umulig å sende måleinstrumenter eller sonder inn for å rapportere hva som finnes innenfor horisonten.
For små til å bli svarte hull
Det er bare virkelig store stjerner som kan bli svarte hull. Vi snakker om stjerner med over åtte ganger så mye masse som sola. Kraften på kollapsen – og sluttproduktet – avhenger av størrelse på stjernen. Dersom stjernen har tre til åtte ganger solmassen, vil den bli en nøytronstjerne etter kollapsen.
Slik ser det ut for en kunstner når en ultramagnetisk nøytronstjerne får et utbrudd. Illfoto: NASAs Goddard Space Flight Center
– Nøytronstjernene er mindre kompakte enn svarte hull, og lyser fortsatt. Men også dette er kompakte saker, sier Andersen, og gir oss en pekepinn: Se for deg at du tar hele jordas befolkning. Deretter skal du få plass til massen av alle disse menneskene inne i en klinkekule med diameter 2.5 cm. Materien fra en nøytronstjerne inne i kula har en masse som tilsvarer dette.
Lisa Randall er en av relativt få kvinnelige fysikere, og forsker blant annet på ekstra dimensjoner.
Ved forskningsfronten sitter partikkelfysikerne i dag og regner for å utvide vår kunnskap om disse nøytronstjernene. Det kan finnes en underkategori, nemlig kvarkstjerner. For å finne ut om disse finnes, regner de på forholder mellom radius og masse. Andersens masterstudent Francesco Pogliano er en av dem som jobber med dette.
Lisa Randall og ekstra dimensjoner
NTNUs astrofysiske miljø er ikke stort, men Andersen forteller om bred interesse for fagene gravitasjon og kosmologi og grunnkurs i astrofysikk. Starmus blir et åpenbart høydepunkt i dette studieåret. Hvilke foredrag vil Andersen trekke fram?
– Det blir nok veldig artig å høre Buzz Aldrin og Stephen Hawking. Ellers vil jeg trekke fram Lisa Randall. Hun er noe av det aller skarpeste vi har, det er det ingen tvil om. Hun er en av relativt få kvinnelige fysikere, og forsker blant annet på ekstra dimensjoner. Einstein tok oss fra tre dimensjoner til fire – tre romlige pluss tid. Lisa Randall og kolleger er inne på at det kan finnes så mange som ti dimensjoner, forteller Andersen, og gleder seg til å høre Randall snakke om dette under Starmus.
