Vad händer i ett svart hål?

Vad händer i ett svart hål?​

Frågan ställdes 2020-12-10.

Ja, vad händer i ett svart hål? Denna fråga är så pass svår att svara på, även för den mest skarptänkande av fysiker, så att man tvingas spekulera en aning vad gäller svaret. Det är ju så att man idag precis har börjat få in data från experiment, så som LIGO och Event horizon telescope, där man alltså just lyckats bevisa existensen av dessa svarta hål. Datan har visat att Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver den gravitationella interaktionen hos dessa svarta hål med en fantastiskt precision, men vad som pågår inne i ett svart hål har man hittills inte lyckats mäta! Man letar febrilt efter avvikelser från Einsteins teorier hos dessa svarta hål som möjligen kan ge en hint kring den bakomliggande fysiken som beskriver dem.

Om Einsteins beskrivning av rumtiden kring ett svart hål (på behörigt avstånd från dess centrum där en s.k. singularitet förväntas gömma sig) stämmer så bör inte något särskilt underligt uppenbara sig precis innanför svarta hålets händelshorisont (som utgör svarta hålets yttre kant). Beroende på vad som nyligen kan tänkas har trillat ner i det svarta hålet så kan man mycket väl stöta på det där. Råkar t.ex. din granne nyss ha snubblat in i ett svart hål skulle ni initialt kunna tänkas fika och samtala i normal ton på er oundvikliga resa in mot svarta hålets centrala delar. Dock blir det värre allt efter som ni närmar er svarta hålets mitt, singulariteten. All materia som svarta hålet har svalt under sin livstid förväntas ha fallit in mot singulariteten, vilket gör att gravitationskraften ökar i takt med att du/ni faller närmare mitten. Det går således snabbare och snabbare ju längre tiden går och accelerationen blir större, detta i sig känner du inte av, men däremot så börjar du känna av den så kallade tidvattenkraften mer och mer. Denna otrevliga kraft är av samma sort som ligger bakom tidvattnet här på jorden (som dock skapas av månen i det fallet). Tidvattenkraften kommer göra att du och din granne känner av en kraft som trycker er samman på sidorna av kroppen, och drar isär er på längden (googling på spaghettification är på sin plats). På er väg mot centrum så blir ni till slut alltså utdragna till en tunn sträng av partiklar, detta gäller alltså för alla typer av materia som fallit in i svarta hålet. När det är dags att närma sig singulariteten så slutar de teoretiska beskrivningarna att fungera. Er färd ner i svarta hålet har alltså hittills kunnats beskrivas med god tillförlit av Einsteins allmänna relativitetsteori, men när nu allt börjar närma sig de små längdskalorna (ungfär Plancklängden) så måste Einsteins teori beskrivas i samklang med kvantmekanikens lagar för beteendet hos partiklar på små skalor. Denna teori, kvantgravitation, är ännu inte löst och således kan vi inte säga, med något som helst tillförlit, vad som pågår där vid singulariteten!

Just därför är frågan som du ställer något som forskare i den absoluta framkanten försöker svara på! Kanske kan vi få ett svar i en inte allför avlägsen framtid!

Frågan besvarades av Anton Vikaeus, doktorand vid avdelningen astronomi och rymdfysik, institutionen för fysik och astronomi.