Hur kan man upptäcka svarta hål?



















Maskhål

 

Eftersom svarta hål lämnar ifrån sig en högst obetydlig mängd svartkroppsstrålning så är det mycket svårt att upptäcka dem om de är helt själva i världsrymden och inte har materia att samverka med i dess omgivning. Visserligen böjs ljus av från bakomvarande objekt när de passerar det svarta hålet på väg mot Jorden men denna krökning är endast högst väsentlig inom ett fåtal radier ifrån det svarta hålet och är alltså obetydligt på kosmologiska avstånd. Den bästa chansen att upptäcka ett svart hål är alltså när det samverkar med materia. Det finns ett antal mer eller mindre realistiska metoder som har tagits fram för att kunna göra detta men de två främsta är dessa:

Salpeter-Zeldovitj förslaget: Utvecklades av Edwin Salpeter och Yakov Zeldovitj år 1964. När ett svart hål, som har ett kraftigt magnetfält, färdas med relativistisk hastighet genom mediet, som består av gas, kommer en chockfront att bildas bakom hålet som får gasen att emittera starkt på de kortare våglängderna inom det elektromagnetiska spektrumet.

Zel'dovich-Novikov förslaget: Är troligen den bästa sättet att detektera svarta hål. En närliggande stjärna till det svarta hålet lämnar ifrån sig materia p g a stjärnvinden som fångas in eller sugs över av det svarta hålet. Materien accelereras mot hålet, krockar bakom det vilket får följden att materien upphettas starkt och utsänder röntgenstrålning. Troligtvis har man lyckats använda Zel'dovich-Novikov förslaget till att finna åtminstone ett svart hål. Denna röntgenkälla kallas för Cygnus X-1 eftersom det var den först upptäckta röntgenstrålande källan i stjärnbilden Svanen. Även de jättelika svarta hålen i galaxers kärnor avslöjar sin existens genom denna princip.

Masstransfer (Courtesy Spacetime wrinkles homepages)
Ett svart hål avslöjar indirekt sin existens genom principen i Zel'dovich-Novikov förslaget.

Att röntgenstrålningen kommer ifrån ett svart hål och inte en neutronstjärna i de fall då det inte kan bestämmas om massan är större eller mindre än Landau-Oppenheimer-Volkov gränsen, och det är väldigt ofta, är att neutronstjärnans yta är hård och får materien att stråla bort största delen av sin energi när den krockar med ytan medan det svarta hålet har ett enkelriktat membran som suger in materien med dess energi och inte låter den strålas bort i normala fall. Dessutom så finns det en koppling mellan när den största utstrålningen av röntgenstrålning samt synligt ljus sker som kan avslöja om det är ett svart hål eller en neutronstjärna. I fallet med neutronstjärnan så sker den största utstrålningen av synligt ljus samtidigt som röntgenstrålningen medan i fallet med det svarta hålet så sker den största utstrålningen av röntgenstrålningen i storleksordningen ett antal dagar efter den största utstrålningen av synligt ljus. Anledningen till detta samt att neutronstjärnan emitterar ljus i röntgenområdet starkare än det svarta hålet är att s k advektionsdominerat ansamlingsflöde (ADAF) dominerar i normala fall vid ett svart hål. Då en större ansamling materia närmar sig ett svart hål som tidigare inte har haft särskilt mycket materia i dess närhet så rubbas ADAF-formen, ansamlingsskivan värms upp och synligt ljus utsänds i de yttre delarna av skivan. Eftersom horisonten hos de flesta svarta hål roterar med en hastighet i närheten av ljusets så har också materien i närheten av det svarta hålet en mycket hög rotationshastighet och måste sakta cirkla sig in mot det svarta hålets horisont. ADAF-formen ersätts sakta när de inre delarna av ansamlingsskivan närmar sig det svarta hålet och börjar utsända röntgenstrålning. Denna process tar i storleksordningen ett antal dagar och förklarar bl a tidsförskjutningen mellan det optiskt synliga ljuset och röntgenstrålningen i GRO J1655-40 år 1996.

ADAF (Courtesy Jeffrey E. McClintock)
Ökningen av materialansamlingens hastighet runt det svarta hålet leder till att ADAF minskar, synligt ljus först utsänds i de yttre delarna av ansamlingsskivan och röntgenstrålning i de inre delarna ett antal dagar efteråt.

[1]: Lasota, Jean-Pierre: "Unmasking Black Holes", s. 31.

Tillbaka till Kosmologikas hemsida Nästa sida