Svarta hål är ännu inte förstådda inom vetenskapen. Delvis beroende på
att ekvationerna för allmän relativitet som används för att förstå dem inte
stämmer när man studerar svarta håls ultratäta centrum. Astronomer har nu
beskrivit hur detta kanske kan förklaras om man använder gravitationsvågors rörelse för att
"se" in i sammanslagna svarta hål och lära sig vad som sker där.
I Einsteins allmänna relativitetsteori är svarta hål
objekt så starkt sammanpressade att inte ens ljus kan reflekteras eller ses
utifrån då det kommit in i dessa beroende på den starka gravitation som råder
där. Ett svart hål har i sin omkrets den så kallade händelsehorisonten - om du
passerar över den tröskeln kommer du aldrig att komma därifrån.
Relativitetsteorin förutspår också att centrum i svarta hål har oändligt hög
densitet, så kallade singulariteter.
Närvaron av singulariteter innebär att ekvationerna
som används i den allmänna relativitetsteorin bryts ner till oändligheter (kan jämföras med talet pi som
inte heller har någon lösning. Något som visar att den allmänna relativitetsteorin
är ofullständig. Det bör finnas en mer grundläggande teori troligen kopplad
till kvantfysiken i subatomära skalor som korrekt (enligt teorin) kan beskriva vad som händer i centrum av ett svart
hål. Vi har ännu ingen fullständig kvantteori om gravitation, men flera förslag på teorier.
Till exempel finns strängteorin som förutsäger att
alla partiklar i universum består av extremt små vibrerande strängar. Det finns
också loopkvantgravitation, som säger att rymdtiden i sig är gjord av små,
odelbara bitar som kan liknas vid pixlar på en datorskärm.
Båda dessa tillvägagångssätt kan ersätta den
traditionella singulariteten i centrum av ett svart hål med något annat. Men
när du ersätter singulariteten eliminerar du vanligtvis också
händelsehorisonten. Det beror på att händelsehorisonten orsakas av
singularitetens oändliga gravitationskraft. Utan singulariteten är
gravitationskraften enbart otroligt stark men inte oändlig och då kan du alltid
fly från närområdet av ett svart hål så länge du flyr med tillräcklig
hastighet. Kanske inte så dum teori.
I vissa varianter av strängteori ersätts
singularitets- och händelsehorisonterna av sammanflätade nätverk av trassliga
knutar av rummet och tiden. I loopkvantgravitation blir singulariteten en extremt liten,
extremt tät klump av exotisk materia. I andra modeller ses det svarta
hålet istället som ett tunt skal av materia, eller av klumpar av typer av spekulativa
partiklar.
De närmaste kända svarta hålen från oss finns tusentals ljusår
bort vilket gör det svårt att testa skilda teorier. Men ibland skickar svarta hål oss
viktig information att arbeta vidare med för förståelse speciellt när två svarta hål sammanslås. När så sker släpps det ut mängder av gravitationsvågor som
krusningar i rumtiden som kan detekteras med känsliga instrument på jorden
exempelvis av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och VIRGO.
Nyckeln till förståelse är däremot inte gravitationsvågorna
som avges under själva sammanslagningen utan de som släpps ut direkt efter
denna enligt en artikel i www.livescience.com. När sammanslagningen är klar och två svarta
hål blivit ett enda vibrerar den nya sammanslagna massan av en intensiv mängd
energi. Denna fas har en distinkt gravitationsvågsignatur.
Genom att studera dessa signaturer kanske forskare
en dag kan förstå vilken teori om svarta hål som håller och vilka som inte gör
det. Varje modell för svarta hål förutsäger skillnader i gravitationsvågor som avges under denna fas som härrör från skillnader i det svarta hålets inre
struktur. Med olika svarta hålstrukturer kommer olika typer av
gravitationsvågor att släppas ut och då förfalska eller eller bevisa en teori.
Astronomer hoppas att nästa generation av
gravitationsvågsdetektorer blir tillräckligt känsliga för att upptäcka
dessa förutspådda små förändringar av signatur vid sammanslagningar av svarta
hål. Om de blir så kommer det att radikalt förändra vår uppfattning om svarta
hål och ta oss framåt när det gäller att reda ut det vi idag inte förstår om
svarta hål.
Inlägget ovan utgår från Paul M. Sutters som är
forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook vars artikel publicerad i
https://www.livescience.com/ och i https://www.space.com
Bild från space.com på en illustration av två
sammanslagna svarta hål. (Bildkredit: Mark Myers, ARC Center of Excellence för
gravitationsvågupptäckt (OzGrav))
