close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
sarah pearson bloghoved med sarah i universet

Hvordan dannes små sorte huller?

Video fra Space with Sarah YouTube kanalen.

Det er stadig ubegribeligt at forestille sig, hvad der er inde i sorte huller. Videnskabsfolk har ikke formået at forene Einsteins generelle relativitetsteori med kvantemekanikken, og disse to naturbeskrivelser er begge ekstremt vigtige i sorte hullers indre.

I modsætning til sorte hullers indre så forstår vi faktisk rimelig godt, hvordan sorte huller kan dannes. Især de sorte huller, der har masser, som er sammenlignelige med stjerners masser. Disse kan nemlig dannes, når en stjerne eksploderer.

I det forrige blogindlæg lærte vi, at stjerner er gigantiske kugler af gas, der kæmper imod et indadvendt gravitationelt kollaps.

Jo mere massive stjernerne er, des mere effektivt skal fusionen forekomme i deres kerner for at balancere tyngdekraften. Alle stjerner, der har en masse, der er 8 gange større end Solens masse, vil fortsætte med at fusionere tungere grundstoffer i deres kerner end carbon på grund af de ekstreme forhold af høje densiteter og høje temperaturer, der opstår i deres kerner.

Først fusionerer de brint til helium, ligesom mindre tunge stjerner, som Solen, gør. Så fortsætter de med at fusionere helium til carbon, derefter carbon og oxygen, så oxygen til neon, indtil de er efterladt med en kerne af jern omgivet af en løgstruktur af lag fra tidligere fusionscyklusser.

Grunden til, at processen stopper ved jern, er, at man ikke får udvundet energi ved at fusionere jern eller tungere grundstoffer. På dette tidspunkt vil fusion ikke føje til det udadrettede tryk, der stabiliserer stjernen.

Da intet længere støtter jernkernen imod at kollapse under sin egen tyngdekraft, begynder den at implodere, hvilket er det modsatte af at eksplodere. Dette vil ske, indtil kernen er understøttet af noget, der hedder degenereringstryk, som er en kvantemekanisk mekanisme, der forbyder to identiske partikler i at være i samme kvantetilstand. Det betyder, at implosionen vil fortsætte, indtil der dannes en neutronstjerne i centrum.

Dannelsen af ​​en neutronstjerne og det pludselige stop af implosionen vil skabe en chokbølge, der pløjer gennem alle de ydre lag af stjernen. Dette er, hvad der vil føre til den egentlige eksplosion af stjernen. Neutronstjernen er dog stadig efterladt, da kernen ikke eksploderer præcis fra dens centrum, men et stykke derfra. Noget materiale vil falde ned på neutronstjernen, og dette tilføjer mere masse til neutronstjernen og derfor mere indadrettet tyngdekraft.

Hvis neutronstjernen ikke kan opretholde sig selv mod denne ekstra mængde tyngdekraft (altså hvis det udadrettede degenereringstryk ikke kan modarbejde den indadrettede tyngdekraft), så vil neutronstjernen kollapse til et sort hul. Dette sker for stjerner, der vejer ca. 25 solmasser eller mere, hvor en solmasse er defineret som massen af ​​vores Sol.

Så vi kan altså forstå, hvordan vi kan eksplodere en stjerne og dermed danne et sort hul, og at disse sorte huller må have en højere tæthed end en neutronstjerne, hvor atomkerner i forvejen næsten overlapper. Men vi må stadig vente tålmodigt på svar fra videnskabens verden på, hvordan fysikkens love opererer inden i de sorte huller.

Stil endelig spørgsmål i kommentarerne.

SarahPearson
har netop færdiggjort sin ph.d. i astrofysik fra Columbia University, hvor hun blandt andet forskede i mørkt stof, sammenstødende galakser og galaksers udvikling. Sarah starter som Postdoctoral Research Fellow ved The Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics i august 2018. Hun er tidligere bachelor-studerende i fysik ved Københavns Universitet, hvorfra hun fik sin grad med specialisering i astrofysik i 2012. Udover forskning er Sarah en passioneret formidler og har derfor startet YouTube-kanalen 'Space with Sarah', hvor hun svarer på spørgsmål om rummet fra den brede befolkning i korte videoer.

Ekstrem spændende blog.

Er der stadig liv i teorierne om at kvarkerne kan opretholde et tryk, der forhindrer en neutronstjerne i at implodere til en singularitet og derved danne en kvarkstjerne?

  • 1
  • 0

Der er forskel på større og massive.
På dansk er massiv en egenskab og større er en relation.

""Alle stjerner, der er mere massive end ca. 8 gange Solens masse""
Burde hedde;

Alle stjerner der har en masse der er 8 gange større end Solens,

  • 2
  • 5

Kommer der ikke til at mangle neutroner i resten af Universet, når de samles i de sorte huller.

Nej. Sorte huller æder ikke resten af universet, kun den stjerne som danner dem. Eller for de helt stores vedkommende kun de allernærmeste omgivelser. Stjerner eller planeter kan sagtens være i kredsløb om et sort hul uden risiko for at blive opslugt.

Det som mangler afklaring er kontroversen mellem relativitetsteorierne og kvantemekanikken. Ifølge relativitetsteorierne tabes al information om det stof som indgår i det sorte hul. Ifølge kvantemekanikken kan information ikke tabes. Begge teorier er meget stærkt funderede, men mindst den ene må regne forkert i dette tilfælde.

  • 1
  • 0

Hej Rune,

Er der stadig liv i teorierne om at kvarkerne kan opretholde et tryk, der forhindrer en neutronstjerne i at implodere til en singularitet og derved danne en kvarkstjerne?

Ja, teoretisk set er det muligt, at man inden kollapset til et sort hul kan have en kvarkstjerne opretholdt af degenereringstrykket fra kvarker i stedet for degenereringstrykket fra neutroner. Disse kunne eksitsere i Universet, hvis de netop kunne opretholdes af dette degenreringstryk og ikke kollapse til et sort hul. Dog har det stadig ikke vaeret muligt at teste denne teori, og vi har ikke set eksempler paa kvarktstjerner endnu (disse ville vaere endnu mindre end neutronstjerner).

  • 1
  • 0

Hej Svend,

Det sorte hul starter åbenbart som en neutronstjerne, men fortsætter det?
Kommer der ikke til at mangle neutroner i resten af Universet, når de samles i de sorte huller.

Intressant spørgsmål, det havde jeg ikke tænkt over før. I Universet er der ca. 7 protoner for hver neutron (du kan læse om Big Bang Nucleosynthesis her), saa i princippet kunne man tro, at man, ved at "låse" neutroner fast i sorte huller ved en supernovaeksplosion, ville ændre på antallet af protoner i forhold til neutroner i Universet. Dog er de neutroner, der bliver fanget i neutronstjerner og kollapser til sorte huller primaert dannet ved det, vi kalder "electron capture", hvor en proton indfanger en elektron og henfalder til en neutron og udsender en neutrino.

Jeg ville derfor ikke tro at kollapset af neutronstjerner til sorte huller ændrer særligt meget på det overordnede forhold mellem antallet af protoner og neutroner i Universet. Derudover ville mængden af neutroner indfanget i neutronstjerner i forhold til mængden af neutroner i hele Universet være enormt lille.

Mvh,
Sarah

  • 1
  • 0