sorte huller

Start 

Første periode 

Hvad er et sort hul? Og hvordan opstår det? 

🌛Et sort hul kan opstå hvis en meget tung stjerne løber tør for brændstof (den kan ikke lave kernefusion (kernefusion er, når små atomkerne bliver presset sammen i en stjerne og danner større kerner, så der frigives varme og lys). Stjernen kollapser, så tyngdekraften presser den sammen til et meget ekstremt og tæt punkt, så lys i sig ikke kan slippe ud. 

🌛Ud fra kilder kan et sort hul kan på en måde illustreres som en tragt formet som en kugle. Dog skal det siges at en tragt ikke er den nøjagtige og præcise model. I midten findes et område kaldet singulariteten, hvor vores nuværende fysiske teorier ikke længere kan beskrive forholdene, det kommer vi til at uddybe yderligere senere. 

🪐Når noget kommer tæt på et sort hul indenfor begivenhedshorisonten, vil tidevandskræfterne – de kræfter som skyldes forskelle i tyngdekraften –blive så stærke, at objektet, som falder ind, bliver strakt ud i en proces, som kaldes “spaghettificering”. Det er en betegnelse for den proces som sker, når vi bliver påvirket af tidevandskræfterne og bliver strukket mere i den del af os, der er tættest på den tunge kilde, end den del af os som er længst fra kilden. Dermed får denne strækproces os til at ligne en spaghetti undervejs. 

🌸 Hvad er tyngdekraft? 

🪐Tyngdekraft er den kraft, der gør, at ting med masse tiltrækker hinanden. Det er derfor, vi bliver på Jorden, og derfor planeterne kredser rundt om Solen. 

🌛I hverdagen mærker vi tyngdekraft som noget, der trækker os nedad. Men i virkeligheden virker den mellem alle ting med en masse, fx er der en vis tyngdekraft mellem mig og en stol, selvom den kraft er alt for lille til, at man kan mærke den. 

🪐Isaac Newton forklarede tyngdekraft som en usynlig kraft mellem to objekter. Jo større masserne er, desto stærkere er tiltrækningen. Og jo længere væk objekterne er fra hinanden, desto svagere bliver kraften. 

🌛Senere kom Einstein med en anden forklaring gennem relativitetsteorien. Her er tyngdekraft ikke bare en kraft, men noget der sker, fordi masse bøjer rumtiden. 

Start på model med dug og kugle  

🪐🪻 Man kan forestille sig det som en tung bowlingkugle på et stramt lagen. Kuglen laver en fordybning, og mindre ting vil bevæge sig ind mod den. Det er lidt sådan tyngdekraft virker – rummet bliver simpelthen bøjet. 

🌛Den her krumning påvirker også tiden, derfor går tiden langsommere tæt på meget tunge objekter som sorte huller. 

🪐Newtons gravitationslov ser sådan her ud: 

Her er: 

F = tyngdekraften mellem objekterne 

m₁ og m₂ = objekternes masser 

r = afstanden mellem dem 

G = gravitationskonstanten 

Ligningen viser, at tyngdekraften bliver stærkere ved større masser og svagere ved større afstand. 

Forsøg - Karstens forsøg med luftmodstand  

Forsøget viser at tyngdekraften virker ens på alle ting (altså alt bliver tiltrukket med den samme kraft), og at det ofte er omgivelserne som luftmodstand der ændrer, hvordan vi ser bevægelsen.  

Derfor hvis man fjerner luften vil man kunne se at tingende falder med den samme hastighed.  

🌸 Hvordan kan man forklare begrebet tyngdefelt i rummet, sammenlignet med tyngdefelt på jorden? 

Man kan forestille sig det som en slags usynlig zone i rummet, hvor ting bliver trukket mod objektet pga krumningen som nævnt. En god måde at forstå det på er netop tæppemetoden: hvis man lægger en tung kugle i midten, vil trampolinen bule ned, og alt omkring vil blive trukket ind mod midten. Jo længere væk man er, jo mindre mærker man den påvirkning, det samme princip er for tyngdefeltet. 

🪐Det kan også forklares med et magnetfelt. Hvis man holder en magnet langt væk fra et stykke metal, vil der stadig være en lille tiltrækning, men den er så svag, at man næsten ikke lægger mærke til den. Når man kommer tættere på, bliver tiltrækningen stærkere, indtil metallet pludselig bliver trukket helt ind. 

🌛På jorden oplever vi det som tyngdekraft. Ting bliver trukket ned mod jordens overflade med en tyngdefeltsacceleration på ca. 9,82 m/s² (hvor hurtigt hastigheden ændrer sig fra hvert sekund). Fordi vi er så tæt på jordens overflade, mærker vi det som en konstant og ret stærk tiltrækning. 

🪐I rummet findes tyngdefeltet stadig, men det bliver svagere jo længere væk man kommer. Hvis man bevæger sig væk fra jorden, vil andre ting som Mars eller Solen begynde at påvirke mere. 

🌛🪻 Når man ser det hele samlet, er sammenhængen mellem et tyngdefelt i rummet og på jorden, at de begge trækker ting mod en stor masse. I rummet skaber store objekter som planeter og stjerner en krumning i rumtiden, mens vi på jorden oplever det som tyngdekraft, der trækker alt mod kernen. Tyngdefeltets princip er det samme, men vi mærker det forskelligt alt efter afstand og masse. 

🌸 Hvordan forklarer relativitetsteorien, at tiden går langsommere tæt på et sort hul? 

🪐Ifølge Einsteins generelle relativitetsteori hænger rum og tid sammen i det, man kalder rumtid. Når noget med meget stor masse findes et sted (som et sort hul) bliver rumtiden bøjet helt ekstremt meget. Det er det, vi oplever som tyngdekraft. 

🌛Men det er ikke kun rummet, der bliver påvirket. Tiden bliver også påvirket. Jo stærkere tyngdekraften er, jo langsommere går tiden set fra nogen, der er længere væk. 

🪐Tæt på et sort hul er tyngdekraften sindssygt stærk, så tiden går meget langsommere sammenlignet med fx på Jorden. Hvis man havde to ure, et tæt på et sort hul og et langt væk, ville uret tæt på det sorte hul tikke langsommere set fra vores perspektiv. 

🌛Når noget nærmer sig begivenhedshorisonten (grænsen rundt om det sorte hul), bliver effekten endnu mere ekstrem. For en person langt væk vil det se ud som om objektet bevæger sig langsommere og langsommere, næsten som om tiden fryser. 

🪐Samtidig bliver lyset fra objektet strukket af tyngdekraften. Det kaldes gravitationel rødforskydning. Gravitationel rødforskydning betyder, at lys mister energi, når det bevæger sig væk fra stærk tyngdekraft, fx fra et sort hul. Når lyset mister energi, bliver dets bølger længere og forskydes mod den røde del af lyset – derfor kaldes det rødforskydnin. 

🌛Men for personen, der faktisk falder ind i det sorte hul, vil tiden føles normal. Deres ur virker helt normalt, og de vil ikke mærke noget specielt præcis ved begivenhedshorisonten. Forskellen opstår først, når man sammenligner personer i forskellige tyngdefelter. 

🪐🪻 Grunden til, at tiden opfører sig sådan, er, at masse og energi ændrer på rumtidens struktur. For at lysets hastighed stadig altid er den samme, må tiden ændre sig i stærke tyngdefelter. Derfor går tiden langsommere tæt på meget massive objekter. 

🌛Ved sorte huller bliver effekten så ekstrem, at tiden set udefra næsten stopper ved begivenhedshorisonten. Derfor siger man også, at man aldrig direkte ser noget falde ind i et sort hul, det ser bare ud til at bevæge sig langsommere og langsommere. 

🌸 Hvad er en event Horizon (begivenhedshorisont), og hvorfor kan intet slippe væk? 

🌛Begivenhedshorisonten er grænsen rundt om et sort hul. Det er ikke en rigtig overflade, men mere en usynlig grænse i rummet. 

🪐Det er her, tyngdekraften bliver så ekstrem, at ikke engang lys kan slippe væk. Og fordi lys ikke kan komme ud, kan vi heller ikke se, hvad der sker inde i det sorte hul. 

🌛Man kalder det ofte et “point of no return”. Når noget først er kommet indenfor begivenhedshorisonten, kan det ikke komme ud igen pga. tyngdekraften. 

🪐Hvis noget falder mod et sort hul, vil vi stadig kunne se det i starten. Som nævnt vil det jo tættere det kommer på begivenhedshorisonten, desto langsommere vil det se ud til at bevæge sig set fra os langt væk. Til sidst ser det næsten ud som om det fryser fast i tiden. 

Man kan i praksis godt slippe ud af begivenhedshorisonten, men blot have den hastighed som er større end tiltrækningen. 

🌼 Model/forsøg - Flugthastighed, hvilken fart skal man have for at slippe væk fra et sort hul? 

🌛 Vi forestiller os først at vi kaster en bold op fra Jorden. 

Hvis bolden ikke har nok fart, falder den tilbage igen. 

Hvis den får nok fart, kan den slippe ud af Jordens tyngdefelt – det kaldes flugthastighed. 

Flugthastigheden for at slippe ud af jordens tyngdefelt er på 11,2 m/s 

Når vi sammenligner med et sort hul, bliver det ekstremt fordi flugthastigheden kræver mere. 

Ved begivenhedshorisonten bliver kravet til hastighed større end lysets hastighed. 

Fordi intet kan bevæge sig hurtigere end lys, kan intet slippe ud, når det først er inde i begivenhedshorisonten. 

_________________________________________________________________________________ 

Anden periode  

Hvordan påvirker tyngdebevægelsen planeter og stjerner omkring et sort hul? 

🪐Bevægelse i et tyngdefelt beskriver, hvordan objekter bevæger sig, når de bliver påvirket af tyngdekraft fra en masse. Det afhænger af både masse og afstand. 

🌛Et sort hul dannes, når en tung stjerne kollapser, så der dannes et meget stærkt tyngdefelt. Et sort hul er ikke til at se, da begivenhedshorisonten er et område, hvor tyngdekraften er så stærk, at lys ikke kan undslippe. Vi kan derfor anerkende at det er der via den effekte det har på sine omgivelserne. 

🪐Tyngdekraften fra hullet påvirker alle objekter omkring sig, som meteorer, gas, stjerner og støv. Nogle objekter kan bevæge sig i stabile baner omkring det sorte hul, hvis deres hastighed og afstand er stor nok. Andre objekter vil blive trukket ind, hvis de mister energi og kommer for tæt på. 

🌛Hvis der er gas og andet materiale omkring det sorte hul, vil materialet miste energi over tid på grund af friktion (modstand når partikler rammer hinanden). Gassen bliver meget varm og kan til sidst blive glødende og udsende stråling, før den gradvist bevæger sig ind mod det sorte hul pga. energitab. 

Forsøg - Akkretionsskiven, hvordan støv bevæger sig rundt om et sort hul 

🪐Rundt om det sorte hul er der en akkretionsskive (skive af gas og støv, der kredser om det sorte hul), hvor materialet bevæger sig rundt på grund af både tyngdekraft og centrifugalkraft (en udadgående effekt i cirkelbevægelse, fordi noget vil fortsætte ligeud). Disse to krafter modvirker hinanden som er med til at skabe den cirkulerende effekt, som vi kender, når vi f.eks slynger en hammer.  

Det her forsøg viser hvordan stof bevæger sig rundt om det sorte hul 

🌛Dog skal det nævnes at fra fysikkens love, hvis tyngdekraften tager fat om objektet vil centrifugalkraften altid tabe pga. objektet mister hastighed over tid – hvilket er derfor at vandet vil stoppe med at cirkulere. I denne skive støder partiklerne sammen, hvilket skaber friktion og meget høj varme som til sidst vil falde mod hullet, da friktionen gør at objektet også mister energi, og dermed taber centrifugalkraften som bevist. 

Hvad er en singularitet, og hvorfor bryder fysikkens love sammen der? 

🌛Singulariteten er centrum af et sort hul, hvor al massen er presset sammen til et ekstremt lille punkt. 

🪐Ifølge teorierne bliver tætheden uendelig stor, og rum og tid bliver totalt forvrænget. Tyngdekraften bliver også ekstremt stærk. 

🌛Problemet er bare, at vores nuværende fysik ikke kan forklare, hvad der sker under de forhold. De ligninger, vi bruger i fx relativitetsteorien, stopper simpelthen med at give mening. 

🪐Derfor siger man, at fysikkens love “bryder sammen” i en singularitet. 

🌛Forskere ved heller ikke præcist, hvad stof bliver til under så ekstremt pres. I neutronstjerner, som mest består af neutroner, er stoffet inde i en neutronstjerne allerede presset helt vildt sammen. Hvis man presser det endnu mere, tror nogle forskere, at neutronerne kan blive opløst til mindre partikler kaldet kvarker. Men hvad der sker derefter, ved man stadig ikke. 

🪐Vi kan heller ikke observere singulariteten direkte, fordi den er skjult bag begivenhedshorisonten. Derfor er sorte huller stadig noget af det mest mystiske i universet. 

🌼 Model/forsøg - Spaghettificering med magnet 

🌛 Vi bruger en stærk magnet og en kæde af små metaldele eller magneter. 

Når vi holder kæden tættere på magneten, kan vi mærke at den del der er tættest på bliver trukket hårdere. 

Den anden ende bliver påvirket mindre. 

 Det skaber en stræk-effekt og illustrerer disse tidevandskræfter – samme type kræfter som ved et sort hul. 

 Ved et sort hul bliver forskellen i kraft så ekstrem, at objekter bliver strukket ud i en proces kaldet spaghettificering. 

Hvilken virkning har det sorte huls effekt på os mennesker hvis vi bliver opslugt? 

🪐Det sorte huls effekt på os mennesker afhænger for det meste af massen på det sorte hul, størrelsen samt hvor kraftigt hullet er. Princippet ved et lille og et stort sort hul er nogenlunde det samme, men processen bliver mere indviklet jo større hullet er. 

🌛Ved et lille sort hul, som kun er et par gange massen af vores sol, har forskere dannet teorien om, at så snart vi kommer indenfor begivenhedshorisonten, vil der ske en spaghettificering. Det betyder, at tidevandskræfterne bliver så stærke, at kroppen bliver strukket og revet fra hinanden, og atomer splittes længe før vi når det sorte huls indre altså singulariteten. 

🪐Ved et stort sort hul er processen lidt anderledes, og her findes der flere teorier. Der findes blandt andet billeder af to kendte sorte huller, Sagittarius A og Messier 87... 

🌛M87 er omkring 6,5 milliarder gange massen af vores sol, hvilket gør det til et supermassivt sort hul. Det ligger cirka 55 millioner lysår væk fra vores solsystem. (lysår måles i afstand og svarer til ca. 9,5 milliarder km pr. lysår) 

🪐I et så stort sort hul vil der stadig ske en spaghettificering, hvor atomerne i kroppen bliver strukket og splittet ad inden singulariteten. 

🌛Dog findes der også teorier indenfor kvantemekanik (begreb som bruges til at forske i hvad der helt konkret sker med de mindste ting i naturen, som atomer, lys, energi osv...), som prøver at forklare hvad der sker med stof og partikler inde i sorte huller. 

🪐En af teorierne går ud på, at vores egenskaber, som fx kunne være vores aske, partikler, grundstoffer osv... ikke nødvendigvis bare forsvinder, men på en eller anden måde kan blive udsendt gennem det, der kaldes Hawking-stråling, som er en teori for at selvom man siger at intet kan slippe ud af det sorte hul, vil der stadig bliver udsendt små partikler som kunne være vores aske og grundstoffer, som over tid faktisk vil stabilisere disse sorte huller og gøre at de vil miste masse. 

🌛Spørgsmålet er derfor stadig, om vi kun bliver spaghettificeret, eller om vores egenskaber og partikler på en eller anden måde bliver udsendt i galaxen gennem kvantemekaniske processer. 

🌸 Hvad sker der med celler og væv når de udsættes for ekstreme kræfter (fx: spaghettificering) 

🪐Processen fungerer således: når vi nærmer os begivenhedshorisonten, vil der være ingen vej tilbage og vi vil komme nærmere og nærmere på det sorte huls center. Når vi passerer begivenhedshorisonten, vil de dele af kroppen, der er tættest på midtpunktet, blive påvirket af en stærkere tyngdekraft end de dele, som er længere væk. Tidevandskræfterne bliver så ekstreme at kroppen laver en spaghettificering. Under denne strækproces, sker en masse ting inde i både cellerne og vævet. 

🌛Cellernes membraner – de som normalt opretholder stofskifte og kontrollerer transporten af stoffer ind og ud af cellen – det kunne fx være ilt, næringsstoffer og affaldsstoffer, alt bliver ødelagt. Cellemembranen holder kort sagt cellen i balance, regulerer transport af ioner, opretholder PH-værdien og sikrer korrekt vandbalance – som alt sammen bliver destrueret under de ekstreme kræfter. 

🪐Når membranerne brydes ned, vil cellens organeller også blive ødelagt. Organeller er de vigtigste strukturer inde i selve cellen som bl.a. er: 

cellekernen (indeholder DNA) 
mitokondrier (producere ATP – cellens energi) 
ribosomer (fremstiller proteiner- sådan at kroppen kan reagere med sin hastighed og er nødvendig for at kroppen kan fungere optimalt). 
De bliver alle sammen revet i stykker og medfører direkte celledød. 

🌛Selv kroppens væv – altså samlinger af ensartede celler – vil blive udstrakt til en kæmpe lang tynd linje, som i teorien kan blive til atomer og muligvis fundamentale partikler – de mindste byggesten som alt grundstof er opbygget af… 

🪐DNA’et vil heller ikke kunne overleve. Den konstante spænding fra tidevandskræfterne river molekyler fra hinanden. Dermed vil DNA-baserne - Adenin, guanin, thymin og cytosin miste deres struktur. 

🌛Dog skal der siges at vi stadig ikke har fuld forståelse for hvad der vil ske efter horisonten, alt er endnu baseret på teori. 

Kromosomerne 

Kromosomerne: indeholder kroppens arvemateriale (DNA-streng) og sørger for, at cellerne får de rigtige oplysninger. De sørger for, at nye celler får de rigtige oplysninger om kroppen. 

Væv 

Væv er delt i 4 forskellige typer. Væv er grupper af celler med samme funktion som tilsammen danner kroppens strukturer og organer. 

Epithelvæv (dækker kroppens overflader, og beskytter mod skader og bakterier) 
muskelvæv (gør at kroppen kan bevæge sig og får organer til at arbejde) 
nervevæv (sender signaler rundt i kroppen og styrer sanser, reaktioner, bevægelser) 
binde- og støttevæv (holder kroppen sammen og giver struktur og styrke). 

DNA 

DNA er kroppens opskrift. Det bestemmer bl.a. hvordan vi ser ud, og hvordan kroppen skal fungere og vokse. 

mRNA 

mRNA er et molekyle, som hjælper med at bruge informationen i DNA. mRNA laver en kopi af information fra DNA og bringer beskeden videre til ribosomet så kroppen kan danne proteiner. 

tRNA 

tRNA transportere aminosyrer rundt i cellen og sørger for, at aminosyrerne kommer det rigtige sted hen, når proteiner skal bygges f.eks hen til ribosomet. 

rRNA 

rRNA udgør selve strukturen i ribosomerne. Den hjælper med at samle aminosyrer til proteiner og holde dem sammenpresset, sådan at de til sidst danner en kæde af proteiner. 

Ribosomer 

Ribosomer fungerer som små fabrikker inde i cellen, hvor proteiner bliver lavet. Proteinerne er nødvendige for at kroppen kan have funktion. 

Aminosyrer 

Aminosyrer er små byggesten, som kroppen bruger til at lave proteiner. proteiner hjælper kroppen med at vokse, reparere celler og få muskler, hud og organer til at fungere. 

Mitokondrier 

Mitokondrier laver energi til cellerne. Energien kaldes for ATP som står for… de gør sådan cellerne kan foretager delinger og have funktion. 

Cellekernen 

Cellekernen styrer cellens aktiviteter og indeholder DNA, som fortæller cellen hvad den skal gøre. 

Cellemembranen 

Cellemembranen er et tyndt lag rundt om cellen. Den beskytter cellen og bestemmer hvilke stoffer, der må komme ind og ud. 

Organeller 

Organeller er de små dele inde i cellen, som hver har deres egen opgave, så cellen kan fungere.