Ingrid Engström 2010-05-04 Svarta hål i samband med galaxer och galaxkärnor Allt i rymden är så ofattbart stort, gammalt och avlägset att det svindlar när man läser om det. Något av de mest fascinerande och spännande fenomenen i vårt universum tycker jag ändå att svarta hål utgör. För några månader sedan försökte man vid laboratoriet i Cern återskapa det tillstånd som fanns vid Big Bang. Då hotade olyckskorparna med skräckscenariot att ett svart hål kunde skapas vid försöket. Lyckligtvis hände inte detta utan jorden snurrar vidare. Den populärvetenskapliga tidskriften Forskning & Framsteg har i flera artiklar tagit upp nya rön i utforskandet av svarta hål. Jag kommer nedan att referera till en sådan, men nu först till definitionen. Ett svart hål är en kropp med så stark dragningskraft att ingenting, inte ens ljus, kan lämna kroppen. Alla himlakroppar har gravitation av olika styrka. För att kunna lämna exempelvis jorden måste en raket komma upp i minst 11,2 km/s och detta kallas flykthastighet. Med ökande massa och samtidigt minskande radie krävs allt högre flykthastigheter. Solens är då 617 km/s medan en vit dvärgs är 5000 km/s. Då radien underskrider en viss gräns för en given massa så kommer flykthastigheten att vara högre än ljusets hastighet. Tar man solens massa och krymper dess radie till 3 km inträffar detta (Fransson s.149). En sådan här radie kallas för Schwarzschildradien (=2GM/c2). Komprimeras en kropp så att dess radie underskrider Schwarzschildradien så kan ljuset alltså inte lämna den och det är därför benämningen svart hål uppkommit. Kroppen har i detta stadium kollapsat helt och hållet. Idag vet man inte hur långt detta går eftersom täthet och temperaturer når höjder som går utanför våra fysikaliska begrepp. Även då massan helt kollapsat så inverkar Schwarzschildradien – även kallad horisonten eftersom inget ljus kan tränga ut. Snuddar något vid den, så sugs detta in mot centrum av det svarta hålet (Fransson s.149). Svarta hål har massor som kan variera mellan 1 miljon till 1 miljard solmassor (Fransson s.146). I vår galax finns ett svart hål som långsamt slukar allt i dess väg. Runt om kretsar stjärnor med en omloppstid på 9000 km/s. Omloppsrörelsen är det som avslöjar det svarta hålet med en massa på närmare 4 miljoner gånger solens. Trots allt är detta ganska fredligt jämfört med andra galaxers där mer våldsamma saker händer. Det tycks som om de svarta hålen redan skapats vid galaxernas födelse (Forskning & Framsteg s.55). Startade Big Bang med ett svart hål - undrar jag medan jag läser. Ska då allt bli ett svart hål igen i en oändlig ofattbar cyklisk gång? Svarta hål anses alltså finnas i alla galaxer. Utseendet skiljer sig mellan de aktiva galaxerna men detta till trots så har de ändå många likheter. Galaxer - till skillnad mot stjärnor – sänder ut all slags strålning. Det innebär allt från långa radiovågor till gammastrålning. Grunden för detta är att i supermassiva svarta hål frigörs enorma mängder gravitationsenergi som i sig är tusenfalt mer än summan av strålningen från galaxens alla stjärnor och emissionsområdet kallas för galaxkärna . Man har med rymdteleskopet Spitzer konstaterat att de aktiva galaxkärnorna är fler än man ansett tidigare. Stoft som omger flera av dem har blockerat en stor del av ljuset. De mest extrema galaxkärnor är kvasarerna där ljuset är så starkt att de dränker ljuset från galaxens stjärnor. De kvasarer vi kan observera är oerhört avlägsna vilket deras strålar avslöjar, strålar 1 Ingrid Engström 2010-05-04 som kanske färdats mot oss i 10 miljarder år. Eftersom inga kvasarer finns i vår närhet så dras slutsatsen att de är relativt kortlivade (Forskning & Framsteg s.55). I vår närhet finns lugnare galaxkärnor vars strålning astronomerna bland annat studerar. Det rör sig om mycket energirik röntgenstrålning som faktiskt tränger igenom omgivande stoft och kan ge information om tillståndet runt det svarta hålet och artikelförfattaren är en av dem som försöker tolka hur variationerna i strålningen ska förklaras (Forskning & Framsteg s.56). Vad man hittills kommit fram till är att de aktiva galaxkärnorna i dess mitt synes bestå av ett roterande svart hål varifrån två jetstrålar skjuter ut åt varsitt håll från rotationsaxeln där en skiva av gas roterar runt hålet. Jetstrålarna har nästan ljusets hastighet och de enorma energimängder som frigörs slutar aldrig förundra de engagerade astronomerna. Elektronerna i jetstrålarna har sådan fart att de kan röra sig i rak linje i hundratusentals ljusår och de alstrar alla typer av strålning, från långvågigt till högfrekvent röntgenstrålning, innan de så småningom bromsas upp av gas i rymden mellan galaxer. Mer information om förhållanden förväntas komma med det europeiska rymdprojektet LISA som ska sändas upp år 2015 och bestå av tre sammanlänkade satelliter med instrument som ska fånga upp gravitationsvågor i rymden (Forskning & Framsteg s.57). I refererad artikel sägs att forskarna gärna vill få mer detaljkunskap om kopplingen mellan en galax och dess svarta hål och att man vet fortfarande förvånansvärt lite om hur galaxer bildades från början. Även om bilder från Hubbleteleskopet visar att galaxerna utvecklats relativt mycket, så är tidpunkten för födelsen utom räckhåll. Hoppet ställs till rymdteleskopet JWST som ska ta över rollen från Hubble kring år 2013. Vad man tror är att galaxer uppstått av ansamlingar av mörk materia som kolliderat och dragit till sig den lilla del av vanlig materia – alltså väte och helium – som funnits runt omkring (Forskning & Framsteg s.57). Vi får se vad svaret så småningom blir. Författaren säger avslutningsvis att historien lärt oss att endast få vetenskapliga sanningar består. Han kastar fram tankar som den framstående astronomen i Storbritannien Martin Rees diskuterar, nämligen att det finns ett multiuniversum som vårt universum är en del av bland oändligt många andra (Forskning & Framsteg s.59) Det finns också spekulationer om att man skulle kunna rädda sig undan till ett annat helt annorlunda universum än vårt via en flyktväg genom ett svart hål. Tala om svindlande tankar! Artikelförfattarens sista slutsats är att oavsett om en tunnel av det här slaget är realistisk eller ej, så är det med fascination man kan konstatera att det är just svarta hål som verkar ha en vital roll i universums historia - såväl i dess uppkomst som i dess avslutning (Forskning & Framsteg s.59). Referenser Fransson C.: Modern kosmologi Ht 06, Institutionen för astronomi, Stockholms universitet. Forskning & Framsteg 4/2007, Galaxernas svarta hål, s. 54-59. 2