Derfor spiser sorte huller så meget

Efter tre årtiers spekulation har astrofysikere bekræftet en teori om, hvordan sorte huller vokser. Det har længe ligget fast, at de ekstreme tyngdekraftscentre suger stof til sig og i processen knuser materiale, som lyser universet op. Men det har været uklart, hvordan de sorte huller kan blive ved med at spise og spise. Nu har forskere fundet endeligt bevis for en 30 år gammel teori. 

Op mod en fjerdedel af lyset i universet stammer fra de voldsomme processer, der opstår, når enorme mængder stof bukker under for den ekstreme tyngdekraft, som udgår fra sorte huller. Forskere har længe vidst, at den store mængde lys indikerer, at sorte huller har en kolossal appetit, som konstant søges mættet af stjerner og store mængder gas. Det ubesvarede spørgsmål har indtil nu været: Hvordan kan sorte huller blive ved med at spise så meget?

Nu har en gruppe forskere fundet svaret. Det er sket ved hjælp af data fra NASA’s røntgenobservatorium, Chandra. Forskergruppen, som ledes af Jon Miller, har – kort fortalt – opdaget, at det, der kommer ind, også må komme ud.

Først ind, så ud
Sorte huller vokser ved at tiltrække stof fra stjerner og andre objekter. Det sker i en proces, der kaldes ”akkretion”, hvilket betyder tilvækst. Men det sorte hul kan ikke bare frit suge til sig. Generelt bevæger alt stof i rummet sig væk fra det sorte hul. Tyngdekraften fra det sorte hul er måske stærk nok til at pille de yderste gaslag af en nærliggende stjerne, men gassen vil stadig have en svag tendens til at følge moderstjernens rotation om sig selv og om modergalakses centrum. Resultatet af de forskellige påvirkninger bliver, at gassen bevæger sig mod det sorte hul, men i en indirekte, buet bane. Denne rotationstilbøjelighed kaldes ”angulært moment” eller ”impulsmoment”. Den buede bane får gassen til at rotere omkring det sorte hul, så der dannes en glødende og meget bevægelig ”tilvækst-skive” omkring hullet.

Kosmisk vandmølle
For at gassen kan blive ved med at rotere ind i det sorte hul, skal tilvækst-skiven afgive angulært moment for at give plads til nyt moment. Skiven kan sammenlignes med en kosmisk vandmølle, som fører stof ind i det sorte hul. Hullet skal modtage og afgive angulært moment i lige mængder, ligesom en vandmølle skal fyldes og tømmes for at blive ved med at dreje rundt.

Friktion mellem molekyler, der støder ind i og gnider mod hinanden, er en proces, der afgiver angulært moment. Men astrofysikere har i mange år tvivlet på, at friktion er den eneste proces med denne funktion. Det var i jagten på andre processer, at Miller og hans medforskere, astrofysikerne John Raymond og Danny Steeghs, gjorde den nye opdagelse.

”Hvis vi kan forstå, hvordan stof bliver opslugt af sorte huller, kan vi måske også lære noget om tilvæksten til andre objekter i universet,” siger Steeghs.

Magnetfelter skaber stærke vinde
Forskerne havde på forhånd en teori om, at friktionsprocessen fik hjælp af en medskyldig: magnetfelts-vinde.

Teorien går ud på, at spiralformede magnetfelter snor sig ind i den roterende tilvækst-skive og skaber en vind, der blæser med næsten 500 kilometer i sekundet. Vinden gør, at angulært moment flyder ud i rummet. Forskerne mener, at det moment, der tabes på grund af friktion og vind, går lige op med det moment, som skabes af rotationstilbøjeligheden.

Modellen passede!
For at bevise teorien anvendte forskerne data fra Chandra om en bestemt vind omkring et sort hul i vores egen galakse. Disse data sammenlignede de med computermodeller af en hypotetisk magnetfelts-vind. Da Miller begyndte at modtage de store datamængder fra Chandra, blev han og Raymond hurtigt begejstrede over det, de så.

Spiralformede magnetfelter snor sig ind i en tilvækst-skive omkring et sort hul og skaber derved meget stærke vinde.

© NASA/CXC/M.Weiss

”De resultater, vi modtog, var en stor overraskelse for os,” siger Miller. ”Jeg mødtes med John Raymond og vi stod og kiggede på at stort print af resultaterne ude på gangen. Og allerede der gik det op for os, at vi havde fundet noget meget interessant.”

De data, der blev sendt tilbage fra Chandra, viste, at vinden omkring det sorte hul opførte sig fuldstændigt som forudsagt ved hjælp af de anvendte computermodeller.

Denne opdagelse beviste ikke blot forskernes egen teori, men tilbageviste samtidig to konkurrerende teorier og forvandlede dermed tre årtiers gætværk til fakta.

”I 1973 præsenterede teoretikere for første gang idéen om, at magnetfelter kan drive lysproduktionen omkring sorte huller,” siger Raymond. ”Nu, 30 år senere, har vi endelig fundet beviset.”

For Miller og hans medforskere udgør opdagelsen første skridt i forståelsen af, hvordan sorte huller vokser. ”Vi er bestemt ikke nået til vejs ende endnu,” pointerer Miller. ”Der ligger stadig meget arbejde foran os.”

Skrevet af: NASA / resumé: Morten Eidner