VAD HäNDER NäR SVARTA HåL KOLLIDERAR?

Send

Tecknet på en verkligt stor vetenskaplig teori är de resultat den förutsäger när du kör experiment eller utför observationer. Och en av de största teorier som någonsin föreslagits var relativitetsbegreppet som beskrivs av Albert Einstein i början av 1900-talet.

Förutom att hjälpa oss att förstå att ljus är universums ultimata hastighetsgräns, beskrev Einstein allvar tyngdkraften som en vridning av rymdtiden.

Han gav mer än bara ett gäng detaljerade förklaringar för universum, han föreslog en serie tester som kunde göras för att ta reda på om hans teorier var korrekta.

Ett test till exempel förklarade fullständigt varför Mercurys bana inte stämde överens med Newtons förutsägelser. Andra förutsägelser kan testas med dagens vetenskapliga instrument, som att mäta tidsutvidgning med snabbt rörliga klockor.

Eftersom tyngdkraften faktiskt är en snedvridning av rymdtiden, förutspådde Einstein att massiva föremål som rör sig genom rymdtiden skulle generera krusningar, som vågor som rör sig genom havet.

Bara genom att gå runt lämnar du ett ögonblick av gravitationsvågor som komprimerar och utökar rymden runt dig. Men dessa vågor är oerhört små. Endast de mest energiska händelserna i hela universum kan producera vågor som vi kan upptäcka.

Det tog över 100 år att äntligen bevisas sant, direkt detektering av gravitationsvågor. I februari 2016 meddelade fysiker med Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory eller LIGO kollisionen mellan två massiva svarta hål som är mer än en miljard ljusår bort.

Alla storlekar på svart hål kan kollidera. Vanliga gamla svartvita hål eller supermassiva svarta hål. Samma process, precis i en helt annan skala.

Låt oss börja med de stella massa svarta hålen. Dessa bildas naturligtvis när en stjärna med många gånger massan av vår sol dör i en supernova. Precis som vanliga stjärnor kan dessa massiva stjärnor vara i binära system.

Föreställ dig en stjärnnebulosa där ett par binära stjärnor bildas. Men till skillnad från solen är var och en av dessa monster med många gånger solens massa, som lägger ut tusentals gånger så mycket energi. De två stjärnorna kommer att kretsa om varandra i bara några miljoner år, och sedan kommer det att sprängas som en supernova. Nu har du en massiv stjärna som kretsar runt ett svart hål. Och sedan exploderar den andra stjärnan, och nu har du två svarta hål som kretsar runt varandra.

När de svarta hålen glider runt varandra strålar de ut gravitationella vågor som får deras bana att ruttna. Det här är typ av sinnesböjning. De svarta hålen omvandlar sin fart till gravitationsvågor.

När deras vinkelmomentum minskar, spiraler de inåt tills de faktiskt kolliderar. Det som borde vara en av de mest energiska explosionerna i det kända universum är helt mörkt och tyst, eftersom ingenting kan undkomma ett svart hål. Ingen strålning, inget ljus, inga partiklar, inga skrik, ingenting. Och om du mashar två svarta hål tillsammans får du bara ett mer massivt svart hål.

Gravitationsvågorna krusar ut från denna stora kollision som vågor genom havet, och det är upptäckt över mer än en miljard ljusår.

Det är exakt vad som hände tidigare i år med tillkännagivandet från LIGO. Detta känsliga instrument upptäckte gravitationsvågorna som genererades när två svarta hål med 30 solmassor kolliderade cirka 1,3 miljarder ljusår bort.

Det var inte heller en engångshändelse, de upptäckte ännu en kollision med två andra svarta hål i stjärnmassan.

Vanliga svarta hål i stjärnmassa är inte de enda som kan kollidera. Supermassiva svarta hål kan också kollidera.

Från vad vi kan säga finns det ett supermassivt svart hål i hjärtat av nästan varje galax i universum. Den i Vintergatan är mer än 4,1 miljoner gånger solens massa, och den i hjärtat av Andromeda tros vara 110 till 230 miljoner gånger solens massa.

Om några miljarder år kommer Mjölkvägen och Andromeda att kollidera och börja processen att fusioneras. Såvida inte Mjölkvägens svarta hål kastas in i djupa rymden, kommer de två svarta hålen att hamna runt om varandra.

Bara med de svarta hålen i massan, kommer de att stråla bort vinkelmomentet i form av gravitationsvågor och spiral närmare och närmare varandra. Någon punkt, i avlägsen framtid kommer de två svarta hålen att smälta samman till ett ännu mer supermassivt svart hål.

Vintergatan och Andromeda kommer att smälta samman i Milkdromeda och under de framtida miljarder åren kommer de att fortsätta att samla nya galaxer, utvinna sina svarta hål och mosa dem i kollektivet.

Svarta hål kan absolut kollidera. Einstein förutspådde gravitationsvågorna detta skulle generera, och nu har LIGO observerat dem för första gången. När bättre verktyg utvecklas bör vi lära oss mer och mer om dessa extrema händelser.