Hoppa till huvudinnehåll

"Universums mörkaste hemligheter": Forskning kring svarta hål belönades med Nobelpriset i fysik

Årets Nobelpris i fysik tilldelas Roger Penrose, Reinhard Genzel och Andrea Ghez.

Kungliga vetenskapsakademiens ständiga sekreterare Göran Hansson sade att årets Nobelpris i fysik handlar om universums mörkaste hemligheter.

Faktum är att det var en och annan - inklusive undertecknad - som hade känslan av att 2020 kan vara året då de svarta hålen blir temat för Nobelpriset i fysik. Och så blev det.

Men det ska medges att Nobelkommittén lyckades överraska oss betraktare en aning. Den allmänna tippningen var att åtminstone en del av priset skulle tillfalla personerna bakom Event Horizon Telescope. Det unika och banbrytande projektet som 2019 gav oss det första fotografiet av ett svart hål. Det supermassiva svarta hålet i jättegalaxen M87.

Nobeljuryn, back to basics

I stället valde Nobelkommittén - med all rätt - att gå till den absoluta källan till vår kunskap om de mystiska svarta hålen. Den brittiska fysikern Roger Penrose (89 år) kammar hem hälften av prissumman. Ingen överraskning där.

Tio år efter Einsteins död, i januari 1965, visade Roger Penrose att svarta hål faktiskt kan uppstå. Penroses banbrytande artikel ses fortfarande som det viktigaste bidraget till den allmänna relativitetsteorin sedan Einstein, lyder Nobelkommitténs prismotivering.

Den brittiska fysikern Roger Penrose.
Roger Penrose Den brittiska fysikern Roger Penrose. Roger Penrose

Vid närmare eftertanke borde det inte heller komma som någon överraskning för någon fysiknörd att hälften av priset tilldelas den tyska respektive den amerikanska fysikern Reinhard Genzel och Andrea Ghez. Duon är de två främsta forskarna bakom upptäckten av det supermassiva hålet i mitten av vår egen galax Vintergatan. Sagittarius A*, som det kallas.

Andrea Ghez blir i och med det här den fjärde kvinnan som får motta Nobelpriset i fysik. Något som Ghez var väldigt glad och ärad för då Göran K. Hansson, den Kungliga vetenskapsakademiens ständige sekreterare ringde upp henne i samband med presskonferensen. Ghez sade att hon hoppas kunna inspirera andra kvinnliga forskare med sitt pris.

Ghez fick också frågan om vad kunskapen om de svarta hålen betyder för vanligt folk här på jorden. Till det konstaterade Ghez att det här är grundforskning i sin allra renaste form. Vi vet helt enkelt inte hur den här kunskapen kommer att påverka vår verklighet här på jorden.

Man kan inte säga det ärligare än så. Speciellt som, vilket Ghez också påpekade, att vi inte ens vet med säkerhet vad som händer inuti de svarta hålen, bortom den så kallade händelsehorisonten.

Fysikens lagar och allt det vi vet om universum verkar bryta samman totalt inuti de svarta hålen, sade Ghez.

Kosmiskt detektivarbete

Sedan början av 1990-talet har Genzels och Ghez forskargrupper spanat mot centrum av vår hemgalax med hjälp av teleskop. De har kartlagt omloppsbanorna hos några av de starkast lysande stjärnorna som ligger allra närmast Vintergatans mitt.

Två svarta hål.
Två svarta hål som roterar kring varandra (konstnärens vision). Två svarta hål. Bild: Newsweek svarta hål,Gravitationsvåg

De två teamens observationer ledde dem till samma slutsats: att ett osynligt och extremt tungt objekt får stjärnorna kring galaxens hjärta att rusa runt med svindlande fart. Någonting med cirka fyra miljoner solmassor lurar där inne inom ett område som inte är större än vårt solsystem. Något som bara kan vara ett supermassivt svart hål.

Men hur viktig Genzels och Ghez fotarbete än har varit så är det med all rätt som Roger Penrose får halva Nobelpriset för sig själv. Han är, vid sidan av Albert Einstein som sagt, den som har gjort mest för att peka oss i rätt riktning i den här frågan.

Det var Penrose som var först med att bevisa att de svarta hålen var någonting mer än matematiska abstraktioner. I början av 60-talet inspirerades den unge Stephen Hawking av Penroses teorem om singulariteter i centrum av svarta hål och utvidgade temat ytterligare för sin egen doktorsavhandling. Deras samarbete resulterade i de så kallade Penrose-Hawkings singularitetssatser från 1965.

Fakultetsmedlemmar av det indiska institutet för vetenskap hedrar Stephen Hawking i Bangalore, Indien.
Stephen Hawking gick bort 2018. Fakultetsmedlemmar av det indiska institutet för vetenskap hedrar Stephen Hawking i Bangalore, Indien. Stephen Hawking

Kan ju nämnas att självaste Albert Einstein, vars allmänna relativitetsteori alltså pekade mot de svarta hålen redan i början av 1900-talet, betvivlade att de existerade på riktigt.

Vad har hålet ätit?

Men vad är de svarta hålen sist och slutligen? Vad döljer sig där inne? Det är sannolikt den vanligaste frågan som undertecknad har fått av barnen då jag har varit ute och talat om rymden i skolor. “Vad finns inuti ett svart hål?”

Ett svart hål kan beskrivas som en zombiestjärna, en död jättestjärna som blev för stor för sitt eget bästa. Sedan dog den - vi kallar det supernova - och kollapsade in i sig själv. Och nu är den en levande död svart kannibalsol som slukar kosmisk gas, till och med hela, “levande” stjärnor som den sliter i stycken.

Svarta hål uppträder ofta i mitten av galaxer, då som jättelika supermassiva svarta hål med upp till flera miljarder gånger vår sols massa. Men också små svarta hål på ett par-tre solmassor tros förekomma i stora mängder i universum. Också här i vår galax Vintergatan lär det drälla av dem där ute i mörkret.

Men de är väldigt svåra att observera, eftersom de inte avger något ljus på grund av sin otroligt starka gravitation. Därav alltså namnet. Det enda sätt man kan dra några slutsatser om dem är genom hur deras gravitation påverkar objekt i deras närhet.

Albert Einstein.
Albert Einsteins allmänna relativitetsteori pekar mot de svarta hålens existens. Albert Einstein. Bild: AP Graphics Bank Albert Einstein

Det som det svarta hålet tros ruva på längst inne är alltså en singularitet. En singularitet är en extrem slutsats som Einsteins allmänna relativitetsteori leder till. Den är en plats där själva rumtiden är oändligt krökt, det vill säga tyngdkraften är oändligt stark, bokstavligen.

Vardagslogiken ut genom fönstret

Det här är lite svårt att förstå på något meningsfullt sätt. En singularitet är en endimensionell plats där avståndet mellan två olika punkter är exakt noll. Till exempel mellan din näsa och dina fötter, om du har oturen att råka ramla in.

Men för dina kompisar som står utanför (på ett tryggt avstånd) och ser dig ramla in så kommer det att se ut som att du aldrig når längre än händelsehorisonten. För dem kommer det att verka som du stelnade och fastnade där, som en staty, för evigt frusen i tiden, bokstavligen tills universum dör av ålderdom.

Du kommer inte att uppleva det så här, för dig verkar tiden gå helt normalt när du passerar händelsehorisonten, men det kan bli svårt att titta på klockan, för gravitationen kommer att spagettifiera dig, vilket innebär precis vad det låter som.

Det vill säga, åtminstone om du väljer ett på tok för litet svart hål på bara något tiotal solmassor. Väljer du ett riktigt stort, supermassivt svart hål så borde du åtminstone i teorin kunna passera oskadd genom händelsehorisonten. Också om dina vänner som observerar det hela utifrån ser det som att du aldrig når fram så går tiden helt normalt sett ur din synvinkel.

Bild på det svarta hålet, ritat av konstnär.
Materia dansar sin dödsdans runt ett supermassivt svart hål innan den sugs in. Bild på det svarta hålet, ritat av konstnär. Bild: JPL-Caltech / NASA / EPA jättelikt svart hål

Men även om ingen av oss sannolikt någonsin kommer att kunna testa det här i praktiken - lyckligtvis, kan man säga - så är det lätt att hålla med Nobelkommitten i år. Det priset satt helt rätt.

Vi ger sista ordet åt juryn:

Dessa exotiska objekt väcker fortfarande många frågor som manar till vidare studier. Inte bara frågor om deras innersta uppbyggnad, utan även om hur vi mer exakt kan testa vår gravitationsteori under extrema förhållanden i deras omedelbara närhet, säger David Haviland, ordförande för Nobelkommittén för fysik.

Läs också