Universet: Når sorte huller fortærer stjerner ...

Det er første gang, det er lykkedes at bevise, at et sort hul også udstøder partikler – og ikke kun, som hidtidigt formodet, opsuger alt i sig.

Sorte huller er de mest hemmelighedsfulde og samtidigt nogle af de mest smukke fænomener i vores univers. Nu har astrofysikere observeret, hvordan et sort hul har fortæret en stjerne - for bagefter at kaste enorme mængder kosmisk plasma op.

  • I et interview fortæller den tyske astrofysiker Harald Lesch om tiden, materien og rummet. 

_____________________________

”Hvis universet permanent udvider sig, så må det engang have været forenet – i den mindst tænkelige materie.”  Edwin P. Hubble, amerikansk astronom (1889-1953)

Et sort hul bliver til (billede er fra NASA )
Et sort hul bliver til (billede er fra NASA )

Et internationalt team af astrofysikere fra John Hopkins Universitetet i Baltimore under ledelse af Sjoert van Velzen har med deres radioteleskopiske observationer offentliggjort resultaterne i tidsskriftet Science .

Sådanne begivenheder er ekstremt sjældne” forklarede van Velzen. ”Det er første gang, at vi kunne oberservere alt – fra ødelæggelse af stjernen til udstødelsen af et kegleformet legeme. Vi har fulgt processen i flere måneder”.  

  • Sorte huller lyser svagt

Siden 1976 har den berømte fysikerstrid raset omkring uenigheder ift. informations- mæssige paradokser i sorte huller.

Sammensmeltende sorte huller
Sammensmeltende sorte huller

Indenfor alle galakser findes der angiveligt et sådant usynligt monster, der sultent opsluger enhver materie, som kommer den nær.

De spektakulære resultater af verdens førende teoretiske fysiker Hawkings’ forsøg tyder på, at han kunne have ret: Sorte huller er ifølge ham ikke bælg- sorte, men lyser også omend meget svagt.  

  • Med "Big bang" for 13,7 milliarder år siden begyndte universets udvikling

Siden starten af det 20. århundrede gjaldt det som en sikker erkendelse, at universet altid må have eksisteret. Men så vendte ny forskning alt på hovedet og astronomerne begav sig på i deres søgen efter verdens fødsel...

For 13,7 milliarder år siden eksploderede en lillebitte materie med en uhyrlig energi og frembragte i en brøkdel af et sekund verdens naturlove, de elementære kræfter og materiens byggesten.

Efter dette ”Big bang” varede det omkring 100 millioner år, indtil de første stjerner opstod fra skyer af brintstof (hydrogen) og helium. Og endnu 400 millioner år før solene formerede sig til de første galakser. Siden da drager øgrupper af stjerner, adskilt fra hinanden, ensomme gennem rum og tid.

   ___________

Interview

med astrofysiker Harald Lesch om tiden, materien og rummet.

  • ” Naturlove har altid eksisteret. Selvom naturen selv intet aner herom ...”
  • Bliver De ikke svimmel, når De beskæftiger Dem med universets kæmpe dimensioner og tidsskalaer? 
"Erkendelses øjne": Verdensrumteleskopet ”Hubble” (1)
"Erkendelses øjne": Verdensrumteleskopet ”Hubble” (1)

Harald Lesch: Jeg bliver ikke ligefrem svimmel. Sandsynligvis er jeg mere immum overfor disse spørgsmål end nogen, som ikke hele tiden beskæftiger sig med det. For mig er kosmos et naturfænomen og astrofysik et instrument til at forske i det.

- Det forholder sig med instru- menterne på denne måde: I starten har de fleste stor ærbødighed overfor dem, men på et eller andet tidspunkt anvender man dem bare og leger med dem.

- Hvad der sommetider giver mig kuldegysninger er, at det overhovedet er muligt at drive videnskab på basis af matematiske beregninger og nå så langt hinsides vores normale menneskelige erfaringsrum. 

  • Hvad der også fascinerer er begrebet ”verdensformel”. Den har astrofysikerne søgt efter siden Albert Einsteins tid. Hvad betyder det? 

Harald Lesch: Det betyder håbet om at kunne en fastskrive verdens begyndelse. At kunne beskrive starten på universet og på materiens struktur i en eneste formel. Ved de ekstremt høje temperaturer direkte efter ’big bang’ må verden have set helt anderledes ud, end vi kender den idag.

- De fire grundelementer - tyngdekraften, den elektromagnetiske kraft (2), og de to kræfter – svage kærnekraft og stærke kærnekraft som virker i atomkernen (neutroner og protoner, se (3) ) , var ifølge denne hypotese forenet i den daværende hede. Og det er denne verden, hvor de fire elementære kræfter var forenet, man søger en verdensformel på. (Istedet for ’krafter’ taler forsker om ’vekselvirkninger’, aut.red.). 

Nogle af de tidligere stjerner er 100 gange så tunge som vores sol – og 18 gange så varm.
Nogle af de tidligere stjerner er 100 gange så tunge som vores sol – og 18 gange så varm.
  • Antager vi at astrofysikere på et tidspunkt finder denne verdensformel. Kan de så deponere deres job, fordi de har besvaret alle spørgsmål?  

Harald Lesch: Nej, vores søgen vil aldrig ende, fordi man vil spørge: Hvorfor ser formlen sådan ud og ikke anderledes? Det kunne også være, at verdensformlen er en myte som den ”hellige gral” eller ”de vises sten”, hos alkymisterne.

- Hvor det i sidste konsekvens slet ikke handler om at nå målet, men snarere om at overveje: Hvad sker der med menneskene på vejen derhen? Men det fører så mere i en filosofisk retning end i en empirsk.... 

  • Man tror altid, at der må have været et eller andet, som rummet eller tiden må være eksploderet i? 
rum og tid ...
rum og tid ...

Rum-tid-strukturen

Harald Lesch: Nej, der var intet. Man må simpelthen forlige sig med, at vores erkendelsesevne ikke er tilstrækkelig til at kunne begribe det. Vi er som levevæsener del af evolutionen, og vores hjerne har udviklet sig i en mellemstadie verden, hvori størrelser som meter, kilogram og sekunder spiller en rolle.

- Her taler vi så om verdens begyndelse, hvor vi har et universum, som er mindre end et proton. Selv et proton er ufatteligt lille. Vi kan slet ikke forestille os ting, som der ikke findes noget rum for, og vi kan ikke forestille os ting, som der ikke findes nogen tid for.

- Fordi alene tanken at tænke, betyder: Først tænker jeg ikke tanken, derefter tænker jeg den, og derefter tænker jeg den ikke længere. Det betyder, jeg har omgående en tidsstruktur. Vores erkendelsesevne hænger sammen med rum-tid-strukturen.

En skive med en ring af støv. Den såkaldte sombrero-tåge er en spiralgalakse og ligeså tung som omkring 800 milliarder sole. Støvringe indeholder mikroskopiske små partikler af tunge kemiske elementer. I tågens centrum befinder der sig et mega massivt sort hul, der består af en milliard solmasser. Astrofysikere formoder, at sådanne gigantiske formationer findes i enhver mælkevej. Her er suget fra tyngdekraften så massiv, at ingen lysstråle kan slippe ud af den.

          _____________________________________________________________________________________

  • Enhver teori må efter Deres opfattelse have konkrete udsagn og skal kunne afprøves? 

Harald Lesch: Ubetinget. Eksperimentet adskiller fysiken fra alle andre videnskabs- grene og er kritikkens ’skarpeste kniv’. Eksperimentets resultat afgør, om vi accepterer en teori eller ikke. 

Whirlpool-galakse, opdaget den 15. april 2005
Whirlpool-galakse, opdaget den 15. april 2005
  • Ifølge bestemte hypoteser findes der ikke kun vores kosmos men mange paralleluniverser. Hvad synes De om det? 

Harald Lesch: Som empirisk videnskabsmand mener jeg ikke, der er belæg for teorier som i forvejen udelukker en iagttagelse – og dertil hører teorien om parallel-universer, fordi man aldrig eksperimentelt kan undersøge og verificere paralleluniverser.

- En verdensformel der siger, at der findes > 10 x10 (500gange) paralleluniverser, giver ingen mening. Her bliver fysik til en pseudovidenskab. I dette tilfælde ville jeg sige: Lad os gå og drikke en bajer og lad os tale om noget andet. 

  • Vores hjerne er gennem evolutionen blevet programmeret til at tyde verden. Kan det være, at naturlovene er formuleret af mennesker og dermed sådan set er blevet opfundet? Eller har de altid eksisteret objektivt og uforanderligt? 

Harald Lesch: Vi er som naturvidenskabsfolk realister og går ud fra, at der findes en virkelighed udenfor vores bevidsthed, uafhængig af vores bevidsthed . En naturlov er i grunden et matematisk spørgsmål til naturen.

- Og vi får et matematisk svar: Der findes noget, der kan måles. Når man formulerer en naturlov, som giver nogle særligt succesrige udsagn om verden, så er det jo fantastisk.

En døende sol. Når især store stjerner har opbrugt deres brændstof, kommer det til en af de mest dramatiske begivenheder i kosmos: Efter at have lyst i millioner af år kollapser giganterne i et brøkdel af et sekund og kaster deres ydre hylster ud i universet. Tilbage bliver en ekstrem kompakt, rasende hurtigt drejende kugle, som har et gigantisk magnetfelt, der udsender særegne lyslyn. Det kaldes en neutronstjerne.

______________________________________________________________________________________  

  • Men man har jo til stadighed måttet revidere teorierne. Hvis det altså ikke viste sig, at de var grundlæggende forkerte og man derfor måtte forkaste dem... 

Harald Lesch: Siden Kopernikus (4) er der ikke sket revolutioner indenfor fysikken. Derimod bygger de nyere teorier på de gamle erkendelser. De gør det imidlertidigt muligt at forklare endnu mere på deres felt. Således indeholder for eksempel almen relativitetsteori (5) den komplette Newton’ske mekanik (6), man kan derudover forklare, hvad der for eksempel sker i omkreds af lyshastigheden.

- I den henseende er naturlovene som vi har idag, ikke længere de samme, som vi havde før i tiden. Vi fejler os sådan set fremad. Vi arbejder os altså langsomt gennem forsøg og fejltagelser frem til erkendelser.

Og på den måde finder vi så naturlove, som i forvejen altid har eksisteret, selvom naturen selv intet aner herom. Men vi er langt fra nået til enden. Der er stadig væk mange trøfler at lede efter i erkendelsesskoven. 

Stjernetåger
Stjernetåger
  • Findes der for astrofysikere en grænse for erkendelsen? Et sted, hvor man ikke kommer videre? Et punkt hvor man burde sige, at det er meningsløst at blive ved med at forske? 

Harald Lesch: Som filosof ville jeg sige: I det øjeblik, hvor jeg har konstateret en grænse, har jeg allerede overskredet den. Idet jeg allerede kan kigge på den anden side. Der ser ud til, at grænserne i fysikken opløser sig, når vi kommer til kanten. 

  • Kan De forklare det med et eksempel? 

Harald Lesch: Ved høje energier består materien pludselig ikke længere som materie, men som felter. Når man når lyshastigheden, går tiden i stå og man ved ikke, om tid og rum overhovedet stadig væk er tilstede. Kommer man i nærheden af sorte huller, bryder kausaliteten sammen.

- Det vil sige forestillingen om, at årsagen altid har en bestemt virkning. Overalt har man udelukkende at gøre med en slags ”gardiner”. Der er ingen grænser som danner en mur, men alt opløser sig. For forskningsprocessen betyder det: Man kan altid blive ved.

Med en gigantisk partikelaccelerator vil fysikere i Schweiz finde ud af, hvordan verden er opstået og hvad det er, der holder den sammen
Med en gigantisk partikelaccelerator vil fysikere i Schweiz finde ud af, hvordan verden er opstået og hvad det er, der holder den sammen
  • Hvad er efter Deres mening de vigtigste forskningsresultater i de forgangne årtier, som har forandret kosmologernes verdensbillede? 

Harald Lesch: Temmelig chokerende var erkendelsen, at den lysende materie ikke er den eneste, der eksisterer. I 1980´erne gik kosmologerne ud fra, at der godt nok fandtes et par mindre uklarheder, men at vi i det store og hele vidste besked om verdensrummet.

- Men derefter blev de dunkle materier opdaget. Først hed det sig, at det nok drejer sig om udbrændte stjerner eller gamle planeter, altså en eller anden gammel materie. Men så kom det frem, at den dunkle materie ikke er i vekselvirkning med lysstrålerne, at der altså ikke afgives nogen strålinger, og der heller ikke absorberes nogen.

- Det måtte altså dreje sig om noget helt andet, end det vores synlige verden består af. Først tænkte man, at måske er det neutroner? Men det kunne beregnes , at de er alt for lette. Det måtte altså være noget helt andet. Tunge dele, der ikke har en vekselvirkning med lysstrålerne? Men det findes jo slet ikke! Vi ved faktisk indtil den dag idag ikke, hvad det er for noget. 

De fjerne galakser har ligesom vores mælkevejssystem form som en skive. Men deres indhold af gas er væsentligt højere, hvilket betyder at de danner mange flere stjerner
De fjerne galakser har ligesom vores mælkevejssystem form som en skive. Men deres indhold af gas er væsentligt højere, hvilket betyder at de danner mange flere stjerner
  • Hvilken rolle spiller den dunkle materie for universet? 

Harald Lesch: Kort efter ’big bang’ skete der fluktuationer i fordelingen af den dunkle materie. Og det faldt de lysende materier ind i og formede sig således meget, meget hurtigt til strukturer. Uden den dunkle materie havde normale materier ikke kunnet fortætte sig til galakser. 

De spøgelsesagtige ringe på dette foto af verdensrumsteleskopet ”Hubble” er en inddirekte afbildning af den dunkle materie
De spøgelsesagtige ringe på dette foto af verdensrumsteleskopet ”Hubble” er en inddirekte afbildning af den dunkle materie
  • Hvordan kan den dunkle materie have så stor en indflydelse? 

Harald Lesch: Fordi den forekommer i kosmos fem til seks gange hyppigere end de lysende materier. 

  • Det betyder, at den af synlige del af materien i universet er langt mindre?

Harald Lesch: Ja, sådan er det. Men det bliver endnu værre. I slutningen af 1990´erne opdagede amerikanske forskere, at udvidelsen af universet accellererer hele tiden. De har fået nobelprisen i fysik for denne opdagelse.

- Bag denne accelerering står den såkaldte dunkle energi. Den dunkle energi er ærlig talt en ren provokation for hjernen, selv for kosmologer. Den har helt andre egen- skaber end alt det, vi kender. Den virker ”antigravitativ”, som om der er noget udenfor vores univers, som suger alt til sig. Derfor tales her om ’negativ energi’.

  • Hvordan påvirker den dunkle energi vores univers? Vil udvidelsen af universet blive ved med at accelerere? 

Harald Lesch: Den empirske status i øjeblikket: Udvidelsen af universet vil fortsætte og accelerere stadig hurtigere. Om 100 milliarder år vil der ikke eksistere nogen galakser indenfor vores synlige horisont – med undtagelse måske af den såkaldte andromeda-tåge. Hvis den da ikke er smeltet sammen med mælkevejen til en ”milkomeda”.

Indtil nu er den dunkle energi’s væsen ikke udforsket. Det drejer sig åbenbart om en form for energi, som driver materierne fra hinanden. Et eller andet trækker som en elastik på universet. Men som sagt aner vi ikke, hvad det er for noget. 

  • Det vil sige, at verdensrummet på et eller andet tidspunkt udvider sig hurtigere end lyshastigheden? 

Harald Lesch: Ja, og desto større universet bliver, desto mindre bliver andelen af materier, fordi alt bliver mere og mere udtyndet. I begyndelsen var andelen af materier meget høj og lå på 30 procent. På et eller andet tidspunkt, vil det være i nærheden af nul.

____________________________________

Interviewet stammer fra det tyske tidsskrift GEOkompakt nr. 29, printudgave. Vi har oversat og bragt nogle uddrag heraf og forsynet dem med nogle nødvendige noteforklaringer. Vi har lagt vægt på at holde temaet i en populær-videnskabelig kontekst. / autonom infoservice

Noter 

1) "Hubble" = "Erkendelses øjne". Intet andet teknisk instrument har udvidet vores viden om universet så meget som verdens- rumteleskopet ”Hubble”: Ved hjælp af dette opdagede forskerne stjerner, der er millioner af lysår borte og beviser eksistensen af gigantiske sorte huller.

2)  Elektromagnetismen er en betegnelse for de fysiske egenskaber af det elektromagnetiske felt; et felt der er til stede overalt, og påvirker elektrisk ladede partikler med en kraft, hvilket igen påvirker disse partiklers bevægelse. Samtidig påvirker partiklernes ladning og bevægelse det elektromagnetiske felt. 

3)    Neutroner udgør sammen med protoner det stof som atomkerner med atomvægt større end brint er sammensat af. Brint har kun en proton i sin kerne. Det letteste atom, som har en neutron i sin kerne, er tung brint (Deuterium). 

4)    Nicolaus Kopernikus Galilei og Kepler var nogle af renæssancens store videnskabsmænd. De fremlagde teorierne om det heliocentriske verdensbillede – i modsætning til det geocentriske. Kirken mistede sit intellektuelle magt- monopol og nogle mennesker begyndte at søge viden ad andre kanaler.

Kopernikus kunne imidlertid under henvisning til sine observationer påvise, at jorden i en cirkelbane omkredsede solen, som nu overtog hidtidige Jordens rolle som "verdens centrum". Helt i overensstemmelse med den moderne fysiks beskrivelse af vort solsystem, er Nicolaus Kopernikus verdensmodel ikke. Senere påviste Johannes Kepler, at planeterne ikke følger eksakt cirkelformede, men snarere elliptiske baner om solen.

5)    Einsteins almene relativitetsteori er Albert Einsteins mest fundamentale og originale bidrag til den moderne fysik. Ph.d. Anders Tranberg fra Niels Bohr Institutet fortæller, hvordan den efter snart 100 år stadig står uantastet af eksperimenter og observationer. Se DRs  udsendelse herom 

6)    Klassisk mekanik er beskrivelsen af bevægelser og vekselvirkninger af legemer i tilfælde af små hastigheder (i forhold til lysets hastighed) og store energier , f.eks. bevægelser af planeter i vores solsystem. Den kaldes også Newtonsk mekanik efter Isaac Newton som skabte grundlaget for teorien. Grundlæggende for den mekanikken er Galilei-transformationerne, der er et sæt formler, der beskriver, hvordan en bevægelse observeres fra forskellige udgangspunkter.

(kilder til noterne er som regel wikipedia på dansk og tysk). 

Kommentar schreiben

Kommentare: 0