Svarta hål är områden i yttre rymden där det finns så mycket massa i en liten volym att det finns en händelsehorisont - ett område i rymden som ingenting, inte ens ljus, kan fly från. Detta betyder dock inte att svarta hål suger in materia. De lockar henne bara. Science Editor Forbes släpper en av myterna om svarta hål.
Svarta hål är områden i yttre rymden där det finns så mycket massa i en liten volym att det finns en händelsehorisont - ett område i rymden som ingenting, inte ens ljus, kan fly från. Men det betyder inte att svarta hål suger in materia. De lockar henne bara.
Svarta hål är kanske de konstigaste och mest fantastiska föremålen i universum. Där är en enorm massa koncentrerad i en mycket liten volym, och svarta hål kollapsar oundvikligen till ett tillstånd av singularitet, omgivet av händelsehorisonter utöver vilka ingenting kan gå. Dessa är de tätaste objekten i universum. När något kommer för nära dem rivs det svarta hålets krafter ifrån varandra. När materia, antimateria eller strålning passerar händelsehorisonten, faller de helt enkelt in i mitten av det svarta hålet, förstorar det och ökar dess massa.
Dessa egenskaper hos svarta hål finns, och allt är sant. Men det finns en idé förknippad med detta, som är en absolut fiktion: att svarta hål suger in saken kring dem. Detta är väldigt långt ifrån sanningen, och det är en fullständig snedvridning av gravitationen. Den största myten om svarta hål är att de suger in materia. Och här är den vetenskapliga sanningen.
I princip och i praktiska termer kan ett svart hål bildas på olika sätt. En stor, massiv stjärna kan bli supernova, vars centrala kärna kollapsar och bildar ett svart hål. Du kan se hur två neutronstjärnor smälter samman, och om de passerar en viss masströskel är resultatet ett nytt svart hål. Antingen kollapsar ett enormt kluster av materia (en supermassiv stjärna eller ett jätte moln av krympande gas) och förvandlas direkt till ett svart hål.
Om det finns tillräckligt med massa i en tillräckligt koncentrerad rymdvolym bildas en händelsehorisont runt den. När vi är utanför händelsehorisonten kan vi röra oss bort från den om vi rör oss bort från det svarta hålet med ljusets hastighet. Men om vi befinner oss inne i händelsehorisonten, kommer även rörelsehastigheten att leda oss till mitten av det svarta hålet, det vill säga till singulariteten, även vid ljusets hastighet, vilket är gränsen för kosmisk hastighet. Det är helt enkelt omöjligt att fly från ett svart hål när man befinner sig inne i evenemangshorisonten.
Men föremål utanför det svarta hålet har också många problem. Svarta hål är så massiva att om vi kommer närmare en av dem börjar vi uppleva betydande tidvattenkrafter. Du kanske känner till dessa tidvattenkrafter om du vet vad månen är och hur den interagerar med jorden.
Naturligtvis kan månen och jorden betraktas som materiella punkter, avlägsna från varandra på ett relativt stort avstånd på 380 tusen kilometer. Men i själva verket är jorden inte en punkt, utan ett objekt som upptar en viss och ganska verklig volym. Vissa områden på jorden är närmare månen än andra. De som är närmare upplever attraktionskraften mer än genomsnittet. De längre bort upplever tyngdkraften under genomsnittet.
Kampanjvideo:
Men det finns andra funktioner förutom skillnaden i avstånd. Liksom alla fysiska föremål är jorden tredimensionell. Detta innebär att jordens "topp" och "botten" (sett från månen) dras inåt, mot dess centrum i förhållande till de delar som finns i mitten.
Med allt detta, om vi subtraherar den genomsnittliga kraften som finns vid någon punkt på jorden, kommer vi att se att olika punkter på ytan utsätts för externa krafter från månen på olika sätt. Linjerna för dessa krafter utgör de relativa krafterna som verkar på objektet och förklarar varför objektet under påverkan av tidvattenkraften dras mot det och komprimeras vinkelrätt mot riktningen för denna kraft.
Ju mer vi kommer närmare ett massivt objekt, desto fler tidvattenkrafter blir. De växer ännu snabbare än gravitationen! Eftersom svarta hål har enorm massa men är mycket kompakta, skapar de de mest kraftfulla tidvattenkrafterna i universum. När vi närmar oss det svarta hålet sträcker vi oss därför mer och mer och blir som tunn spagetti.
Baserat på detta är det mycket lätt att förstå varför ett svart hål kan suga in oss. Ju mer vi närmar oss det, desto kraftfullare blir tyngdkraften och ju mer tidvattenkraften börjar sträcka och riva oss.
Uppfattningen att vi kan sugas in i ett svart hål är dock fel. Varje partikel som utgör ett objekt som är under påverkan av ett svart hål följer fortfarande de välkända fysiklagarna, inklusive rymdtidens krökning från allmän relativitet.
Ja, på grund av närvaron av massa böjer sig rymdtyget och det svarta hålet är den största ansamlingen av massa i universum. Men det är också sant att massans densitet inte på något sätt påverkar rymdens krökning. Om en vit dvärg, neutronstjärna eller ett svart hål med samma massa ersätts av solen, kommer inte gravitationsverkan på jorden att förändras. Utrymmet runt oss är krökt av den totala massan som helhet, och densiteten har praktiskt taget inget att göra med den.
På avstånd är ett svart hål som alla andra massor i universum. Men om vi närmar oss det på ett minsta avstånd av flera radier av Schwarzschild-sfären, börjar vi märka avvikelser från Newtons gravitation. Emellertid fungerar det svarta hålet fortfarande helt enkelt som ett tyngdpunkt, och föremål som närmar sig det kretsar i en normal bana: en cirkel, ellips, parabel eller hyperbol med en mycket bra approximation.
Tidvattenkrafter kan orsaka att närliggande föremål sträcker sig och rivs isär. Och när materia ansamlas runt det svarta hålet i form av en ackretionsskiva kan ytterligare konsekvenser som magnetfält, friktion och uppvärmning uppstå. På grund av denna ytterligare påverkan kommer en del av saken att sakta ner och sväljas av det svarta hålet, men det mesta förblir fortfarande utanför.
Faktum kvarstår att svarta hål inte suger in någonting. Alla andra vanliga föremål (månar, planeter, stjärnor) har samma krafter som ett svart hål. Hur som helst, allt är bara gravitation. Den största skillnaden är att svarta hål är tätare än de flesta föremål, tar upp mycket mindre volym i yttre rymden och kan vara mycket mer massiva än något annat föremål. Saturnus flyger tyst i sin omloppsbana runt solen, men om vi istället för solen i mitten av Vintergatan sätter ett svart hål vars massa är fyra miljoner gånger vår stjärnas massa, kommer tidvattenkrafterna att bryta Saturnus och förvandla den till en jättering, och den kommer att bli en integrerad del av ackretionsskivan samma svart hål. Och om det finns tillräckligt med friktion, uppvärmning och acceleration i närvaro av tyngdkraft genererad av materia,elektriska och magnetiska fält, kommer det över tiden att falla inåt och sväljas.
Det verkar bara som att svarta hål absorberar materia, eftersom de är mycket massiva, och tidvattenkrafter och materia som ackumuleras runt det svarta hålet tillsammans kan riva yttre föremål i bitar, varefter en del av ett sådant föremål, under påverkan av dragkraften, kommer att finnas inuti ackretionsskivan, och över tiden och inuti själva svarta hålet. Men det svarta hålet är väldigt finaktigt, och den stora majoriteten av saken som passerar nära det spottas ut i en eller annan form. Och bara en liten del kommer in i händelsehorisonten och tvingar det svarta hålet att växa gradvis.
Om vi ersätter all massa i universum med ett svart hål med motsvarande massa och sedan tar bort allt som skapar friktion, till exempel accretionsskivor, kommer det svarta hålet att suga in mycket lite. Partiklarna kommer endast att genomgå friktion på grund av strålning av gravitationsvågor som passerar genom den krökta rymdtiden som genereras av det svarta hålet. Enligt Einsteins teori absorberas endast den materien som finns inuti och i centrum av en stabil cyklisk bana. Detta är försumbar jämfört med vad som faller inom händelsehorisonten i vår fysiska verklighet.
Som ett resultat har vi bara tyngdkraften och den krökta rymdtiden som uppstår från närvaron av dessa massor. Uppfattningen att svarta hål suger något in är den största myten. De ökar på grund av tyngdkraften och inget annat. Men i universum är det mer än tillräckligt.
Ethan Siegel
