Image
Svart hull med stjerner i sirkel rundt.

Både observasjoner og teoretisk arbeid om svarte hull får nobelprisen i fysikk i år. Illustrasjon: M. Kornmesser/ESO

Fikk nobelprisen for svarte hull: De mørkeste og mest eksotiske hemmelighetene i universet

Tre vinnere deler årets nobelpris i fysikk for sitt arbeid med svarte hull. I det astrofysiske miljøet på UiO er det overrasket jubel.

– Fjorårets pris gikk til astrofysikere, så jeg ble litt overrasket over at også dette årets pris har et astrofysisk tema, kommenterer Øystein Elgarøy, som er professor i astronomi ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo.

Prispengene på ti millioner svenske kroner er delt i to. Den ene halvparten går til fysiker og matematiker Roger Penrose, professor ved University of Oxford i Storbritannia, “for oppdagelsen av at dannelse av svarte hull er en robust forutsigelse av den generelle relativitetsteorien”, som det står i begrunnelsen fra Nobelkomiteen.

Den andre halvparten deles av astrofysikerne Reinhard Genzel og Andrea Ghez. De får den “for oppdagelsen av et supermassivt kompakt objekt i sentrum av vår galakse”.

–  Jeg velger å ta det som en anerkjennelse av hvor viktig vårt fagfelt er, ikke bare for å forstå universet, men også for å teste og videreutvikle grunnleggende fysikk, sier Elgarøy.

Prisvinnerne slik Nobelkomiteens illustratør ser dem.

Svarte hull - en kraftig bekreftelse

Penrose får prisen for matematiske metoder han utviklet på 1960-tallet, akkurat ti år etter Einsteins død. På den tiden var mange usikre på om svarte hull kunne eksistere.

– Teoretisk hadde man vist at svært tunge stjerner kunne kollapse til svarte hull mot slutten av sin levetid, men bare for svært idealiserte tilfeller som neppe svarte til virkelige stjerner, forteller Elgarøy.

Ligningene i den generelle relativitetsteorien sa at det var mulig for en stjerne å kollapse så fullstendig at alt som ble igjen var et område som ingenting, selv ikke lys, kunne slippe ut av hvis det falt inn i det. Teoretiske fysikere syntes dette var veldig spennende, og de regnet videre på hva som ville skje med stoff som befant seg i nærheten av et svart hull. 

Øystein Elgarøy tar nobelprisen som en anerkjennelse av hvor viktig astrofysikk er. Foto: UiO

– Roger Penrose utviklet kraftige metoder som gjorde det mulig for ham å vise at kollaps til et svart hull ville skje under svært generelle forhold, det var nærmest uunngåelig hvis stjernen var tung nok, forklarer Elgarøy.

– Metodene til Penrose ga fysikere nye verktøy for å studere den generelle relativitetsteorien og gjorde det blant annet mulig for Stephen Hawking å vise at universet må ha startet i en såkalt singularitet, fortsetter han.

Observasjonskampanjen som tok over 26 år

I løpet av de siste 30 årene har forskere kunnet begynne å teste om disse ideene og beregningene stemmer.

– Astronomer har funnet objekter som er både så tunge og så små at det eneste vi vet om som kan være så tungt og så smått, er svarte hull, sier Elgarøy.

På 1990-tallet begynte Reinhard Genzel, direktør ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland, og teamet hans å gjennomføre observasjoner rett mot sentrum av Melkeveien, mer enn 25.000 lysår unna oss.

Samtidig benyttet en annen forskergruppe, ledet av professor Andrea Ghez ved University of California i Los Angeles, instrumenter på Keck-teleskopene på Hawaii for å få en jevnlig overvåking av galaksesenteret.

16 år etter avslørte de to forskjellige forskergruppene samme oppdagelse: et supermassivt svart hull, kalt Sag A*, med en masse tilsvarende nesten tre millioner soler. Dens ekstreme gravitasjonsfelt tvinger stjernene til å bevege seg på en bane formet som en rosett, en effekt kalt Schwarzschild-presesjon, noe som ble forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori.

Relativitetsteorien testes fremdeles

– Det er alltid viktig å teste teorier, mener Elgarøy.

Den generelle relativitetsteorien er spesielt interessant å teste av flere grunner. Den forutsier mange fenomener som ligger langt utenfor vår daglige virkelighet: svarte hull, gravitasjonsbølger og gravitasjonslinser, for å nevne noe.

– Vi vet også at den ikke lar seg forene med kvantefysikken, noe som burde være mulig for en fullstendig gravitasjonsteori. Vi forventer derfor at den generelle relativitetsteorien er en tilnærming til enda bedre teori, og dersom vi observerer avvik fra den generelle relativitetsteorien, kan de gi hint om hvordan denne teorien ser ut, sier han.

For å forklare observasjonene forskere har av hvordan universet ser ut og oppfører seg i stor skala, har forskere innført ukjente stoff som mørk materie og mørk energi.

– Det er interessant å undersøke om vi kan forklare observasjonene uten disse ukjente stoffene ved i stedet å forandre litt på den generelle relativitetsteorien, sier Elgarøy.

Les mer på Titan.uio.no:

Slik ser et svart hull ut

Fikk nobelprisen i fysikk for gravitasjonsbølger - hva er det for noe?