For andra betydelser, se Svart hal (olika betydelser) .

Allmanna relativitetsteorin ${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}$
Introduktion  · Historia  · Matematik  · Tester
Fundamentala begrepp Ekvivalensprincipen  · Speciella relativitetsteorin  · Varldslinje  · Riemannsk geometri
Fenomen Keplerproblemet  · Gravitationslins  · Gravitationsvag  · Ramdragning  · Geodetisk effekt  · Handelsehorisont  · Singularitet  · Svart hal
Rumtid Geodet  · Minkowskidiagram  · Minkowskirum  · Maskhal
Ekvationer Linjariserad gravitation  · Einsteins faltekvationer  · Friedmann  · Mathisson?Papapetrou?Dixon  · Hamilton?Jacobi?Einstein
Formalismer ADM  · BSSN  · Postnewtonsk
Avancerad teori Kaluza?Klein-teorin  · Kvantgravitation  · Alternativa teorier
Losningar Schwarzschild  · Reissner?Nordstrom  · Godel  · Kerr  · Kerr?Newman  · Kasner  · Lemaitre?Tolman  · Taub?NUT  · Milne  · Friedmann?Lemaitre?Robertson?Walker  · pp-vagor  · van Stockum-damm
Forskare Einstein  · Lorentz  · Hilbert  · Poincare  · Schwarzschild  · de Sitter  · Reissner  · Nordstrom  · Weyl  · Eddington  · Friedmann  · Milne  · Zwicky  · Lemaitre  · Godel  · Wheeler  · Robertson  · Bardeen  · Walker  · Kerr  · Chandrasekhar  · Ehlers  · Penrose  · Hawking  · Raychaudhuri  · Taylor  · Hulse  · van Stockum  · Taub  · Newman  · Yau  · Thorne
Denna tabell:  visa   ?   redigera

Ett svart hal ar, enligt den allmanna relativitetsteorin , en koncentration av massa med ett sa starkt gravitationsfalt att ingenting, inte ens ljus , kan overvinna kroppens gravitation. Materia eller ljus som kommer in innanfor det svarta halets handelsehorisont forblir dar och kan aldrig komma ut igen, forutom eventuellt oerhort langsamt i form av Hawkingstralning . Man kan inte heller astadkomma en reflektion eller spegelbild genom att belysa det med en ljuskalla och inte heller fa nagon information om materia som forsvunnit in i halet.

Svarta hal upptacktes forst som en mojlig losning till den allmanna relativitetsteorins ekvationer och var forst en rent teoretisk konstruktion. Numera har man genom astronomiska observationer observerat svarta hal i universum genom deras effekter pa omkringliggande materia. Det forsta sakra beviset pa att svarta hal existerar publicerades 2016 nar forskare lyckades upptacka gravitationsvagor fran en kollision mellan tva svarta hal som ska ha varit 29 respektive 36 ganger sa massiva som solen , smalt samman 1,3 miljarder ljusar bort. ^{[ 1 ]}

Den 10 april 2019 publicerade Event Horizon Telescope en bild av ett supermassivt svart hal i galaxen Messier 87 . ^{[ 2 ]} Bilden ar resultatet av koordinerade observationer med ett natverk av radioteleskop fordelade over jorden. Det svarta halets massa uppskattas till 6,5 miljarder solmassor . ^{[ 3 ]}

Idehistoria [ redigera | redigera wikitext ]

Iden om en kropp sa massiv att inte ens ljus kan undslippa den lades forst fram av den brittiske geologen John Michell 1783 i en uppsats insand till Royal Society . ^{[ 5 ]} Den dominerande uppfattningen om ljuset var da att det bestod av partiklar, ofta kallade korpuskler . Newtons gravitationsteori och begreppet flykthastighet var vid denna tid ganska val kanda. Michell beraknade att en kropp med 500 ganger solens radie och ungefar samma densitet skulle ha en flykthastighet pa ytnivan som motsvarade ljusets hastighet, vilket betydde att kroppen skulle vara osynlig. Med Michells egna ord: ^{[ 6 ]}

”	If the semi-diameter of a sphere of the same density as the Sun were to exceed that of the Sun in the proportion of 500 to 1, a body falling from an infinite height towards it would have acquired at its surface greater velocity than that of light, and consequently supposing light to be attracted by the same force in proportion to its vis inertiae [ inertial mass ], with other bodies, all light emitted from such a body would be made to return towards it by its own proper gravity.	?
– John Michell

Michell ansag det var osannolikt men fullt mojligt att manga sadana objekt skulle kunna finnas i kosmos . ^{[ 6 ]}

1796 lade den franske matematikern Laplace fram samma ide i sin Exposition du Systeme du Monde . Avsnittet fanns i de tva forsta utgavorna men togs bort fran och med den tredje nar det borjade komma experiment som visade ljusets vagegenskaper. ^{[ 7 ]} Iden om svarta hal fick mycket lite uppmarksamhet under 1800-talet eftersom ljus ansags vara en vagrorelse som saknade massa och inte paverkades av gravitation.

Albert Einsteins allmanna relativitetsteori 1915 forandrade detta. Han hade redan tidigare visat att gravitation faktiskt paverkar ljus. Nagra manader efter publiceringen av allmanna relativitetsteorin publicerade Karl Schwarzschild losningen pa ekvationen som beskriver gravitationsfaltet hos en punktformig massa i en i ovrigt tom rymd och antydde darmed att det vi idag kallar svart hal teoretiskt kunde existera. Schwarzschild-radien ar idag kand som radien hos ett icke roterande svart hal men forstods inte da ? Schwarzschild sjalv trodde inte att fenomenet manifesterade sig fysiskt.

Pa 1920-talet havdade Subramanyan Chandrasekhar att speciella relativitetsteorin implicerade att en icke roterande kropp med massa overstigande en viss grans ? idag kand som Chandrasekhargransen ? skulle kollapsa, eftersom ingenting fanns som kunde hindra kollapsen. Arthur Eddington argumenterade emot teorin och havdade att nagot oundvikligen skulle stoppa kollapsen.

Robert Oppenheimer (tillsammans med H. Snyder) forutsade att massiva stjarnor kunde genomga en dramatisk gravitationskollaps . Svarta hal kunde i princip uppsta i naturen. Under en period kallades sadana kroppar frusna stjarnor eftersom kollapsen skulle kunna iakttagas som en hastig nedsaktning for att sedan overga i rott narmare Schwarzschildradien. De tills vidare hypotetiska svarta halen fick dock inte sarskilt mycket uppmarksamhet forran under det sena 1960-talet.

Intresset for sammanstortade objekt tandes pa nytt 1967 i och med upptackten av pulsarer . Kort darefter myntades termen svart hal ( black hole ) av den teoretiske fysikern John Wheeler . Dessforinnan hade uttrycket svart stjarna ( black star ) emellanat anvants. Uttrycket forekommer bland annat i ett tidigt avsnitt av Star Trek och forekom aven efter 1967. "Svart hal" har i oversattning till bland annat franska och ryska en innebord som vacker anstot, vilket forklarar att uttrycket "svart stjarna" i viss man lever kvar.

Kvalitativ fysik [ redigera | redigera wikitext ]

Svarta hal, i sin moderna tolkning, beskrivs av allmanna relativitetsteorins modell av en krokt rumtid .

Att ramla in [ redigera | redigera wikitext ]

Forestall dig en astronaut som faller med fotterna fore in mot ett enkelt (icke-roterande) svart hal av Schwarzschild-typ. En avlagsen observator skulle se astronautens fall sakta av nar denne narmar sig handelsehorisonten, eftersom enligt denna avlagsna observator gar den fallande astronautens klocka allt langsammare ju narmare det svarta halet astronauten kommer, sa kallad tidsdilatation , och till slut star klockan stilla nar astronauten kommer fram till den sa kallade handelsehorisonten . Den avlagsna observatoren kommer ocksa att se att astronauten blir allt rodare , eftersom ocksa ljuset som sands ut fran observatoren svanger allt langsammare och darmed far allt langre vaglangd . I teorin skulle det forefalla som om astronauten aldrig riktigt nar handelsehorisonten. I verkligheten, eftersom astronauten utsander ett andligt antal fotoner innan han nar horisonten, skulle dock den sista fotonen fran astronauten na observatoren inom nagot ogonblick och sedan skulle astronauten vara borta for alltid.

Fran sin egen betraktelsepunkt skulle daremot astronauten na handelsehorisonten inom en andlig tid och sedan fortsatta in mot den singularitet , som finns i det svarta halets centrum, efter en andlig tid. Nar astronauten val natt handelsehorisonten kan han inte ses fran det utanforliggande universum. Astronauten kan daremot fortfarande se resten av universum, och enligt astronauten gar tiden allt snabbare i det utanforliggande universumet och ljuset darifran blir allt blaare. Enligt astronauten intraffar det inte nagot speciellt nar han passerar handelsehorisonten, men nar han narmar sig singulariteten kommer skillnaden i gravitation mellan fotanda och huvudanda att oka, och han kommer att kanna sig utstrackt och slutligen itusliten. Till slut blir skillnaden i gravitationen sa stark att den sliter sonder atomer, atomkarnor och elementarpartiklar. Exakt nar ett objekt slits itu av denna tidvattenskraft beror pa det svarta halets massa och objektets storlek. Ju storre objektet ar desto tidigare slits det sonder, men ju tyngre det svarta halet ar desto narmare maste objektet komma innan det slits sonder. For nagra av de storsta svarta halen, vilka finns i galaxernas karnor, kan en hel stjarna passera genom handelsehorisonten innan den slits sonder, medan ett svart hal med en massa som en stjarna deformerar en grannstjarna, nar den fyller sin Roche-lob , och drar ut gas fran den, medan stjarnan ligger langt utanfor det svarta halets handelsehorisont.

Handelsehorisonten [ redigera | redigera wikitext ]

Handelsehorisonten ar en teoretisk yta, som slapper igenom vad som helst som faller in fran utsidan, men ingenting kan passera ut genom horisonten oavsett hur stor kraft som anvands. Strax utanfor handelsehorisonten ar det dock mojligt att lamna det svarta halet, om tillracklig kraft anvands. Handelsehorisonten ar alltsa en ovillkorlig "point of no return".

Eftersom inga partiklar kan komma ut ur det svarta halets innandome, kan ingen information tranga ut till en utanforvarande observator. Enligt klassisk relativitetsteori kan ett svart hal fullstandigt beskrivas med tre parametrar: massa , rorelsemangdsmoment och elektrisk laddning . Denna princip ar vad som avses med uttrycket " Svarta hal har inget har " ( Black holes have no hair ). ^{[ 8 ]}

Tiden saktas ned for ett objekt inom ett svart hals gravitationsfalt, och vid handelsehorisonten blir tidsdilatation oandligt stor. Darmed kommer ocksa rodforskjutningen vid horisonten att bli oandligt stor. Av detta och den sa kallade Hawking-stralningen foljer att horisonten omges av en tunn het atmosfar av stralning.

Singulariteten [ redigera | redigera wikitext ]

I centrum av det svarta halet befinner sig en gravitationell singularitet , en plats dar den allmanna relativitetsteorin forutsager att rumtiden ar oandligt krokt, det vill saga gravitationen ar oandligt stark. Rumtidens struktur i ett svart hal ar sadan att allting som kommer innanfor handelsehorisonten har singulariteten i sin framtid framtiden och darmed inte kan undvika att traffa denna. Detta betyder att det svarta halet skiljer sig fran det som beskrevs av Michell 1793. Under Michells teori ar flykthastigheten i och for sig lika med ljusets hastighet, men det vore fortfarande mojligt att till exempel utifran hissa upp foremal fran insidan av handelsehorisonten. Allmanna relativitetsteorin eliminerar dessa kryphal, eftersom nar en gang ett foremal passerat inom handelsehorisonten kommer dess tidslinje att ha en slutpunkt for sjalva tiden, och inga mojliga varldslinjer kan korsa handelsehorisonten en andra gang. Dessutom kan inget rep av andlig langd forbinda en punkt utanfor horisonten med en punkt innanfor da repets langd, sett utifran, minskar ju narmare handelsehorisonten det kommer.

Roger Penrose la 1969 fram en matematisk formodan , som brukar kallas den kosmiska censurformodan , enligt vilken en gravitationell singularitet alltid doljs innanfor en handelsehorisont. ^{[ 9 ]} De flesta teoretiker tolkar den matematiska singulariteten som en indikation pa att den nuvarande teorin inte ar komplett eller helt korrekt, sa att andra fenomen blir aktuella nar en partikel narmar sig centrum.

Roterande svarta hal [ redigera | redigera wikitext ]

Teoretiskt sett ar handelsehorisonten hos ett icke-roterande svart hal en sfarisk yta, och dess singularitet ar (informellt uttryckt) en punkt. Om det svarta halet roterar, vilket ar ett troligt arv fran ursprungsstjarnans rotation fore kollapsen, kommer rumtiden kring det svarta halets handelsehorisont att bilda en ergosfar. Pa grund av frame-dragging ar det omojligt att befinna sig i vila i ergosfaren, utan istallet tvingas man att folja med i det svarta halets rotation. Ergosfaren har en ellipsoidisk form. Eftersom ergosfaren ligger utanfor handelsehorisonten, kan partiklar existera inuti den utan att oundvikligen dras in innanfor handelsehorisonten, och under vissa omstandigheter kan de slungas ut ur den igen med oerhord kraft, och pa sa satt dra ut energi ur det svarta halet ? darav namnet ergosfar ("arbetande sfar") eftersom den kan utfora arbete.

Att svarta hal roterar med hog hastighet vet man redan, men astronomer har nu undersokt hur snabbt ett svart hal i Vintergatan roterar. Resultatet av studien visade att det svarta halet snurrade runt sig sjalv med ungefar ljusets hastighet ^{[ fortydliga ]} , och att rymden runt halet foljer med. Halet ligger 35 000 ljusar fran jorden, i stjarnbilden Ornen. Halet utgor tillsammans med en vanlig stjarna ett sa kallat dubbelstjarnsystem. Det som gjorde det mojligt att mata hastigheten var att halet sog till sig gas fran sin stjarnpartner. Det har givit forskarna en ny kunskap i hur en gammablixt uppstar.

Entropi och Hawkingstralning [ redigera | redigera wikitext ]

1971 visade Stephen Hawking att handelsehorisontens yta aldrig kan minska. Detta forefaller anmarkningsvart likt termodynamikens andra lag med yta i rollen som entropi. Darfor foreslog Jacob Bekenstein att entropin hos ett svart hal borde vara proportionell mot dess handelsehorisonts yta. 1975 applicerade Hawking kvantfaltteori pa en semi-klassisk krokt rumstids-modell och upptackte att svarta hal kan utstrala varmestralning, kallad Hawkingstralning ^{[ 10 ]} . Med detta som stod kunde han berakna entropin som mycket riktigt bekraftade Bekensteins hypotes och visade sig vara proportionell mot ytan. Ett svart hal ar alltsa inte fullstandigt svart, aven om temperaturen och utstralningen fran ett svart hal tungt som en stjarna eller tyngre ar helt forsumbar. Daremot blir effekten betydande for hypotetiska svarta minihal , vilka kan avdunsta och till slut forsvinna i en skur av stralning. Slutsatsen ar att varje svart hal som inte kan dra till sig ny massa har en andlig livstid som ar direkt proportionell mot dess massa.

Hawkingstralningens egenskaper bestams enligt halvklassisk teori av det svarta halets egenskaper, som enligt no hair-teoremet, bestams av det svarta halets massa, rorelsemangdsmoment och elektriska laddning. Det innebar att varje svart hal som har samma varden pa dessa parametrar skulle sanda ut samma stralning oberoende av vilken form av materia som det svarta halet har bildats av fran borjan. Detta betyder att nastan all information om denna materia gar forlorad nar det svarta halet avdunstar, men enligt kvantmekaniken maste denna information bevaras, vilket leder fram till den sa kallade informationsparadoxen ^{[ 11 ]} . Stephen Hawking antog fran borjan standpunkten att denna informationsforlust var reell, medan den nederlandske fysikern Gerard t'Hooft och den amerikanske fysikern Leonard Susskind invande att kvantmekanikens krav pa att informationen maste bevaras ar sa fundamentalt att informationen maste finnas kvar i nagon form efter att det svarta halet har avdunstat, till exempel inkodat i den utsanda stralningen, eller genom att nagon form av relik av det svarta halet finns kvar efterat ^{[ 12 ]} . Pa 1990-talet foreslog Susskind och medarbetare att det finns en form av svart-hals-komplementaritet, dar tva helt olika handelseutvecklingar ger komplementara beskrivningar av vad som hander kring det svarta halet, analogt med hur kvantmekaniska system kan beskrivas som vagor eller partiklar. I Susskinds beskrivning kan vi a ena sidan se pa hur en observator som faller in mot ett svart hal fran sin egen synpunkt pa en andlig tid faller genom handelsehorisonten och nar fram till singulariteten i det svarta halets centrum. Enligt en observator pa utsidan kommer den fallande observatoren att rora sig allt langsammare nar han narmar sig det svarta halets handelsehorisont. Omedelbart utanfor handelsehorisonten stoter han pa en mycket varm atmosfar, i vilken han forangas och informationen om honom stralas darifran ut i den omgivande rymden. En utveckling och kritik av detta har lett fram till den sa kallade brandvaggshypotesen ^{[ 13 ] [ 14 ]} , som foreslar att den infallande observatoren brinner upp vid horisonten.

Pa 1990-talet lyckades man ocksa visa att det ar mojligt att berakna entropin for vissa svarta hal fran strangteori. Det gar ocksa att berakna hur mycket information som kan lagras i en viss volym, och det visar sig da att denna ar densamma som den information som kan rymmas i handelsehorisonten for ett svart hal med samma volym. Uttryckt i termer av entropi betyder detta att ett svart hal ar ett maximum-entropi-objekt , sa att den maximala entropin hos ett omrade i rymden ar lika med entropin hos det storsta svarta hal som ryms i omradet. Detta ledde till forslaget om den holografiska principen ^{[ 15 ]} att i en forlangning skulle hela universum kunna ses som ett hologram dar informationen om det tredimensionella universumet ar lagrat i en tvadimensionell yta, precis som ett vanligt tvadimensionellt hologram beskriver en tredimensionell form.

Den 21 juli 2004 foreslog Hawking att svarta hal till slut sander ut information om vad de dragit in i sitt inre och andrade darmed sin tidigare modell om slutlig informationsforlust. Han foreslog att kvantstorningar pa ytan kunde lata information fly fran ett svart hal, sa att den kan paverka Hawkingstralningen. Ett satt att se pa hur stralningen bar med sig information fran det svarta halet ar att kvanttillstanden i det svarta halets inre ar sammanflatade med dem hos den utsanda stralningen ^{[ 16 ]} . Processen som producerar Hawkingstralningen blir da icke-lokal ^{[ 17 ]} och det har foreslagits att den har icke-lokaliteten kan observeras i gravitationsstralningen fran kolliderande svarta hal eller som variationer over tid i bilder av svarta hal ^{[ 18 ]} .

Svarta hal i verkligheten [ redigera | redigera wikitext ]

Svarta hal kan enklast beskrivas som "doda" stjarnor. En storre stjarna har kollapsat under sin egen tyngd och gravitationen hos detta nya objekt har blivit sa stark att elektromagnetisk stralning (bl.a. ljus) inte kan ta sig ifran dess yta. Allman relativitetsteori (liksom de flesta modeller om gravitation) sager inte bara att svarta hal kan finnas, utan forutsager att de kommer att ta form i naturen narhelst tillrackligt stor mangd materia packas i en viss region, genom ett skeende som kallas gravitationskollaps . Nar massan inom regionen okar, deformeras rumtiden omkring den allt mer. Nar flykthastigheten pa ett visst avstand fran centrum okat till ljushastigheten, formas en handelsehorisont inom vilken materia oundvikligen maste kollapsa in mot en enda punkt och en singularitet uppstar.

Kvantitativ analys av detta resonemang ledde till forutsagelsen att det inte finns nagra stabila konfigurationer for kalla himlakroppar med en massa storre an ungefar tre ganger solens massa, utan dessa ar tvingade att genomga en gravitationskollaps till ett svart hal. I praktiken leder det till att tunga stjarnor med massor storre an atta ganger solens massa kommer att explodera som supernovor och bilda neutronstjarnor eller svarta hal, beroende pa hur mycket massa som kastas ut under explosionen. Mindre svarta hal skulle ha kunnat bildats under universums allra forsta stadier, och skulle i sa fall utgora svart urtidshal som skulle kunna ha betydligt mindre massor.

Supermassiva svarta hal (supertunga svarta hal) med massa motsvarande miljoner eller miljarder ganger solens massa skulle ocksa kunna skapas om tillrackligt manga stjarnor befann sig pa ett tillrackligt omrade i rymden eller tillrackligt manga sogs in i ett ursprungligt svart hal, alternativt om flera svarta hal slogs samman. De nodvandiga forutsattningarna anses allmant finnas i centrum av storre galaxer inklusive Vintergatan .

Detektion av svarta hal [ redigera | redigera wikitext ]

Svarta hal kan detekteras pa tre satt.

1. Observation av objekt i deras narhet, det vill saga hur de paverkar den omedelbara rymden runt omkring sig. Ledtradar kan vara gravitationslinser eller kroppar vars rorelse forefaller paverkas av osynliga objekts gravitation. Det har ocksa filmats hur det ser ut nar ett svart hal "ater upp" en stjarna, heliumgasen lagger sig som ett lysande halsband runt det svarta halet.
2. Observation av gammastralning .
3. Observation av rontgenstralning. Bada dessa stralningstyper bildas i ackretionsskivor , som kan omge de svarta halen.

Den mest avslojande manifestationen av ett svart hal tros komma fran materia pa vag att slukas av det svarta halet, vilken samlas i en virvel liknande vatten vid ett avlopp, en ackretionsskiva med extremt hog temperatur och rotation. Friktionen i materien i denna skiva alstrar sa mycket energi att stora mangder stralning i infrarott och rontgen utsands. Varmeutvecklingen ar mycket effektiv och kan omvandla upp till 10 % av en partikels massa till stralning, jamfort med fusion som endast omvandlar nagra fa procent. Ett annat iakttagbart fenomen ar tunna stralar av materia som med relativistisk fart kastas ut langs med diskens centrumaxel.

Ackretionsskivor, utkastningsstralar och roterande objekt finns dock alla aven nara andra objekt, som till exempel neutronstjarnor . Kroppars beteende nara sadana objekt som alltsa inte ar svarta hal stammer inte helt, men mycket nara, overens med beteendet omkring ett svart hal. Det ar darfor ofta svart att skilja pa neutronstjarnor och svarta hal, bortsett fran att vissa fenomen bara upptrader om det kompakta objektet ar en neutronstjarna. En neutronstjarna har en fast yta, som den infallande gasen till slut kommer att kollidera med. Om neutronstjarnan dartill har ett starkt magnetfalt kommer detta bara att ske vid neutronstjarnans poler, sa att det uppstar tva heta flackar pa neutronstjarnan, vilka kan observeras genom att de ror sig med neutronstjarnans rotation, I neutronstjarnor med svagare magnetfalt kan det istallet byggas upp ett lager av stjarnmateria pa neutronstjarnans yta. Efter ett tag blir detta lager instabilt och det uppstar en termonuklear explosion, som syns som ett utbrott av rontgenstralning. De starkaste svarta hal-kandidaterna ar objekt, som inte uppvisar nagot av dessa beteenden, och dar man kan visa att de ar tyngre an den maximala massan for en neutronstjarna.

Typer av svarta hal som upptackts [ redigera | redigera wikitext ]

En betydande mangd astronomisk vittnesbord for svarta hal har hunnit inkomma i tva skilda massa-kategorier:

• stellara svarta hal , med massa liknande en vanlig stjarna (4-15 ganger solens massa).
• supermassiva svarta hal med massa omkring kanske 1 % av massan hos en typisk galax. De supermassiva objekten observeras indirekt genom att iaktta hur omkringliggande objekt och materia upptrader.

Dessutom finns vissa tecken pa existensen av mellanmassiva svarta hal , med massa motsvarande nagra tusen ganger solens massa. Dessa svarta hal skulle kunna vara upphovet till supermassiva svarta hal.

Stellara svarta hal identifieras i forsta hand genom att iaktta ackretionsskivor med ratt storlek och hastighet, men som saknar den uppflammande stralning som andra massiva objekt uppvisar. Stellara svarta hal anses ha koppling till forekomsten av gammablixtar .

De forsta kandidaterna till svarta hal hittades i aktiva galaxcentra och kvasarer , bada upptackta av radioastronomer pa 1960-talet. Den effektiva omvandlingen av massa genom friktionen i ackretionsskivan till ett svart hal forefaller vara den enda tillgangliga forklaringen till de enorma mangder energi som utstralas av dessa objekt. Framlaggandet av denna teori pa 1970-talet undanrojde ocksa den viktigaste invandningen mot att kvasarer skulle vara avlagsna galaxer, namligen att ingen fysisk mekanism vore kapabel att alstra sa mycket energi.

Utifran 1980-talets observationer av stjarnors rorelser nara galaxcentra antas numera att supermassiva kompakta objekt maste finnas i centrum av de flesta galaxer, inklusive Vintergatan. Sagittarius A* anses allmant vara den mest sannolika kandidaten for platsen for ett supermassivt objekt i centrum av Vintergatan.

Dessa galaktiska centrala supermassiva kompakta objekt astadkommer enorm stralning nar de suger in gas och damm ? till dess att all for tillfallet narliggande materia sugits in och processen stannar upp. Modellen kan vara periodisk, men forklarar varfor det just nu inte verkar finnas nagra narliggande kvasarer . En korrelation har konstaterats mellan tillvaxten hos det svarta halet i galaxkarnan och storleken hos den sfariska komponenten i galaxens form ? antingen det ar en elliptisk galax eller ror sig om den tjockare delen av en spiralgalax. Nagon fysikalisk bakgrund till det empiriska sambandet har annu inte uppdagats. Nagra indikationer pa massiva svarta hal i centrum av klotformade stjarnhopar har man inte funnit, vilket antyder att dessa ar fundamentalt annorlunda an galaxer.

An sa lange har inga troliga "svarta urtidshal" iakttagits.

Astrofysikens matematik for superkompakta objekt [ redigera | redigera wikitext ]

Schwarzschildlosningen [ redigera | redigera wikitext ]

Svarta hal forutsags av Albert Einsteins allmanna relativitetsteori. Sarskilt forutsags de av Schwarzschildmetriken , en av de tidigaste losningarna till Einsteins ekvationer upptackt av Karl Schwarzschild 1915. Losningen beskriver rumtidens krokning omkring ett statiskt och sfariskt symmetriskt objekt i en for ovrigt tom rymd , dar metriken ar ^{[ 19 ]}

${\displaystyle ds^{2}=-\left(1-{2M \over r}\right)dt^{2}+\left(1-{2M \over r}\right)^{-1}dr^{2}+r^{2}d\Omega ^{2}}$,

dar de naturliga enheterna ${\displaystyle c=G=1}$ anvands och ${\displaystyle d\Omega ^{2}=d\theta ^{2}+\cos ^{2}\theta \;d\phi ^{2}}$ ar rymdvinkeln, det vill saga metriken pa en 2-sfar.

Enligt Schwarzschilds losning kommer ett objekt med gravitation att kollapsa och bli ett svart hal, om dess radie ar mindre an en viss grans, vilken kallas Schwarzschild-radien . Under denna radie ar rumtiden sa krokt att varje ljusstrale som utstralas kommer att bojas in mot gravitationens centrum. Eftersom relativitetsteorin forbjuder att en partikel ror sig snabbare an ljushastigheten kommer allt inom Schwarzschild-radien ? inklusive sjalva bestandsdelarna i det kollapsande objektet ? att kollapsa in mot objektets centrum. En gravitationell singularitet, en region med potentiellt oandlig densitet, bildas i denna punkt. Eftersom inte ens ljus kan undslippa inifran Schwarzschild-radien skulle ett klassiskt svart hal verkligen vara svart .

Schwarzschild-radien ges av r _s =2M i relativistiska enheter som ovan, eller

${\displaystyle r_{s}={2\,GM \over c^{2}}}$

dar G ar gravitationskonstanten, M ar massan objektet, och c ljushastigheten. For en kropp med samma massa som jorden ar Schwarzschild-radien bara 9 mm ? ungefar som en stenkula.

Genomsnittsdensiteten innanfor Schwarzschild-radien minskar for okande massa hos objektet, sa att medan ett svart hal med jordens massa skulle ha en medeldensitet pa 2 · 10 ³⁰ kg/m ³ sa skulle ett supermassivt svart hal om 10 ⁹ ganger solens massa ha en densitet om bara cirka 20 kg/m ³ , mindre an vatten! Genomsnittsdensiteten ges av

${\displaystyle \rho ={\frac {3\,c^{6}}{32\pi M^{2}G^{3}}}}$

Eftersom jordens genomsnittsradie ar 6371 km, skulle jorden behova komprimeras 4 · 10 ²⁶ ganger for att kollapsa och bli ett svart hal. For ett objekt med solens massa ar Schwarzschild-radien omkring 3 km ? solens radie ar omkring 700 000 km. Aven nar solen forbrant allt sitt bransle och krympt ihop, kommer den att vara avsevart storre (atskilliga tusen km) an den Schwarzschild-radie som svarar mot dess massa. Massivare stjarnor daremot kan kollapsa redan innan de brunnit ut.

Andra losningar [ redigera | redigera wikitext ]

Mer generella svarta hal kan ocksa forutsagas med mer komplicerade losningar till Einsteins ekvationer. Forst ut strax efter Schwarzschild var Hans Reissner och Gunnar Nordstrom med motsvarande losning for en elektriskt laddad, sfarisk, icke-roterande kropp, Reissner?Nordstrom-metriken (1916?1918). Att finna exakta losningar till de mer rimliga roterande himlakropparna ar betydligt svarare, da dessa ekvationer blir hogst icke-linjara. De forblev olosta i narmare 50 ar.

Det blev Roy Kerr som fann losningen till det roterande svarta halet med Kerrmetriken som har en ringformig singularitet. ^{[ 20 ]} Tva ar senare fann Ezra T. Newman den axialsymmetriska losningen till Einsteins faltekvationer for ett svart hal som bade roterar och ar elektriskt laddat. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Denna form for den metriska tensorn ${\displaystyle g_{\mu \nu }\!}$ kallas for Kerr?Newman-metrik och ar en generalisering av Kerrmetriken. De fyra exakta losningarna kan summeras i tabellform sa har:

	Statiska ( J = 0)	Roterande ( J ≠ 0)
Oladdade ( Q = 0)	Schwarzschild	Kerr
Laddade ( Q ≠ 0)	Reissner?Nordstrom	Kerr?Newman

dar Q star for himlakroppens elektrisk laddning och J ar dess rorelsemangdsmoment .

Fotonsfar [ redigera | redigera wikitext ]

En fotonsfar ar, atminstone teoretiskt, ett omrade dar gravitationen ar precis lagom stark for att halla fotoner kretsande runt det svarta halet. En fotonsfars radie ar:

${\displaystyle r={\frac {3GM}{c^{2}}}={\frac {3r_{\rm {s}}}{2}}}$

Dar G betecknar gravitationskonstanten , M betecknar halets massa, c betecknar ljusets hastighet i vakuum och r _s ar Schwarzschildradien .

Maskhal [ redigera | redigera wikitext ]

Den allmanna relativitetsteorin tillater mojligheten av formationer i vilken tva svarta hal ansluts till varandra. Sadana formationer benamns vanligen maskhal . Maskhal har inspirerat science fictionforfattare for att de erbjuder en mojlighet att resa snabbt over langa avstand och aven att resa i tiden. I praktiken verkar sadana formationer vara helt omojliga, eftersom inga kanda processer verkar tillata att dylika objekt skapas.

Planeter [ redigera | redigera wikitext ]

Vissa astronomer menar att det kan finnas svarta hal som planeter kretsar kring. ^{[ 23 ]}

Se aven [ redigera | redigera wikitext ]

• Neutronstjarna
• Supernova
• Vitt hal

Referenser [ redigera | redigera wikitext ]

Noter [ redigera | redigera wikitext ]

Kallor [ redigera | redigera wikitext ]

• Gustafsson, Bengt (2015). Svarta hal. Teorierna, upptackterna, manniskorna . Fri Tanke forlag. ISBN 978-91-87513-39-8  
• Carroll, Sean M. (2003). Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relativity . San Francisco: Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8732-3  
• Melia, Fulvio (2003). The Black Hole in the Center of Our Galaxy . Princeton University Press  
• Melia, Fulvio (2007). The Galactic Supermassive Black Hole . Princeton University Press  
• Shapiro, S. L.; S. A. Teukolsky (1983). Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects . Wiley-Interscience  
• Taylor, Edwin F.; John. A. Wheeler (2000). Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity . Benjamin Cummings  
• Thorne, Kip S. (1994). Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy . New York: W. W. Norton. ISBN 0-393-31276-3  
• ”Svarta hal” . Scholarpedia . 2008 . http://www.scholarpedia.org/article/Black_holes . Last 24 maj 2008 .  
• ”Black Holes. Gravity's Relentless Pull” . Hubblesite . http://hubblesite.org/discoveries/black_holes/home.html . Last 24 maj 2008 .   ? En interaktiv undervisningssajt om svarta hal

Externa lankar [ redigera | redigera wikitext ]

• Wikimedia Commons har media som ror Svart hal .
  Bilder & media
• Detaljerad information om svarta hal pa svenska pa Kosmologika.net

v   ?   r Svarta hal Typer Schwarzschild  · Roterande  · Laddad  · Virtuell  · Kugelblitz  · Primordial  · Planckpartikel Storlekar Mikroskopiska  ( Extrema  · Elektronara )  · Stellara  ( Mikrokvasar )  · Mellanmassiva  · Supermassiva  ( Aktiv galaxkarna  · Kvasar  · Blasar ) Formation Stjarnutveckling  · Gravitationskollaps  · Neutronstjarna  · Tolman?Oppenheimer?Volkoff-massa  · Vit dvarg  · Supernova  · Hypernova  · Gammablixt  · Dubbla svarta hal Egenskaper Gravitationell singularitet  ( Ringularitet  · Satser )  · Handelsehorisont  · Fotonsfar  · Innersta stabila omloppsbanan  · Ergosfar  ( Penroseprocessen  · Blandford?Znajek-processen )  · Ackretionsskiva  · Hawkingstralning  · Gravitationslins  · Bondiackretion  · M?sigma-relationen  · Kvasiperiodisk oscillation  · Termodynamik  ( Immirzis parameter )  · Schwarzschildradie  · Spaghettifikation Problem Komplementaritetet  · Informationsparadoxen  · Kosmisk censurformodan  · ER=EPR  · Sista parsecproblemet  · Brandvagg  · Holografiska principen  · Satsen om skallighet Metriker Schwarzschild  ( Harledning )  · Kerr  · Reissner?Nordstrom  · Kerr?Newman  · Hayward Alternativ Icke-singulara svarta hal  · Svart stjarna  · Mork stjarna  · Stjarna av mork energi  · Gravastjarna  · Magnetosfariskt evigt kollapsande objekt  · Planckstjarna  · Q-stjarna  · Nystan Analoger Optiska svarta hal  · Soniska svarta hal Listor Svarta hal  · Massivaste  · Narmaste  · Kvasarer  · Mikrokvasarer Relaterat Black Hole Initiative  · Stjarnfarkost med svarta hal som drivmedel  · Kompakt objekt  · Exotisk stjarna  ( Kvarkstjarna  · Preonstjarna )  · Gammablixtforegangare  · Hyperkompakt stjarnsystem  · Membranparadigm  · Naken singularitet  · Kvasistjarna  · Rossi X-ray Timing Explorer  · Tidslinje over svarta halens fysik  · Vitt hal  · Maskhal Kategori  · Commons

v   ?   r Universum Kosmologi Universums historia  · Universums framtid  · Universums expansion  · Universums accelererande expansion  · Big bang  · Big Crunch  · Big Rip  · Lambda-CDM-modellen  · Steady state  · Statiskt universum  · Trott ljus  · Mork materia  · Mork energi  · Negativ energi  · Tillstandsekvation  · Kosmisk avstandsstege  · Maskhal  · Vitt hal  · Gaiateori  · Kosmologisk dekad Partikelkluster i vakuum Gas  · Atmosfar  · Solvind  · Kosmiska partiklar  · Kosmisk bakgrundsstralning  · Asteroidbaltet  · Stjarnhop  · Solsystem  · Galaxhop Galaxrelaterade artiklar Galax  · Laniakeasuperhopen  · Virgosuperhopen  · Kvasar  · Blazar  · Vintergatan  · Seyfert  · Radiogalax  · Starburstgalax  · Aktiv galaxkarna Stjarnrelaterade artiklar Astronomi  · Astrofysik  · Protostjarna  · Brun dvarg  · Vit dvarg  · Stjarna  · Rod jatte  · Dubbelstjarna  · Neutronstjarna ( Pulsar , Magnetar )  · Kvarkstjarna  · Svart hal  · Ackretionsskiva Stjarnfenomen Olbers paradox  · Chandrasekhargransen  · Schonberg-Chandrasekhar-gransen  · Eddington-luminositet  · Supernova  · Hypernova  · Ultraluminos rontgenkalla  · Gammablixt  · Neutrinoastronomi  · Nukleosyntes Mindre himlakroppar Planet  · Mane  · Komet  · Meteoroid ( meteor , meteorit , eldkula )  · Smaplaneter ( dvargplanet , asteroid ) Rymdfart Rymdfart  · Rymdfarkost  · Rymdraket  · Rymdfarja  · Rymdsond  · Rymdstation  · Rymdfarare Ovrigt Himmel  · Himlakropp  · Satellit (drabant)  · Omloppsbana

Auktoritetsdata ? LCCN : sh85014574 ? GND : 4053793-6 ? SUDOC : 027253430 ? BNF : cb11933630s (data) ? NDL : 00561056 ? NKC : ph128097 ? BNE : XX528239