Kolliderende sorte huller bekræfter Stephen Hawking-teori

Sorte huller er måske universets mest ekstreme objekter. Alligevel ved vi stadig kun forbløffende lidt om dem. Det er faktisk kun 10 år siden, vi for første gang fik bekræftet deres eksistens ved hjælp af tyngdebølger, også kaldet tyngde- eller gravitationsbølger, som er små svingninger i tid og rum. Siden da har tyngdebølger fra kolliderende sorte huller givet os et enestående indblik i deres skjulte fysik og de teorier, der beskriver dem. 14. januar 2025 blev den hidtil kraftigste tyngdebølgesignatur, kaldet GW250114, opfanget af de to enorme LIGO-detektorer, som netop er designet til at lede efter tyngdebølger. Denne bemærkelsesværdige hændelse gav vores internationale forskerhold en enestående mulighed for med hidtil uset præcision at teste to centrale forudsigelser fra Albert Einsteins generelle relativitetsteori: sorte hullers egenskaber og Hawkings såkaldte arealteorem Resultaterne, som er offentliggjort i Physical Review Letters, markerer et vigtigt skridt i vores forståelse af tyngdekraft og sorte huller. Sorte huller er en central forudsigelse i den generelle relativitetsteori, som er vores førende teori til at beskrive tyngdekraften. Astrofysiske sorte huller opstår, når en massiv stjerne når slutningen af sit liv og kollapser under sin egen tyngdekraft, så dens masse overstiger den såkaldte Chandrasekhar-grænse (cirka 1,44 gange Solens masse). Tilbage er et område af rumtiden, fuldstændigt afskåret fra al kontakt med resten af universet, omgivet af en overflade kaldet begivenhedshorisonten, hvor tyngdekraften er så stærk, at intet, selv ikke lys, kan undslippe. Men hvis sorte huller hverken kan sende signaler eller lys ud over denne grænse, hvordan kan vi så være sikre på, at de eksisterer og opfører sig, som teorien forudsiger? Den generelle relativitetsteori forudsagde faktisk allerede eksistensen af gravitationsbølger. Ethvert massivt objekt, der bevæger sig gennem rumtiden med acceleration, skaber små svingninger, som forplanter sig udad med lysets hastighed. Disse bølger rummer et væld af information om både kilden og selve tyngdekraftens natur. For at danne gravitationsbølger, der er stærke nok til at blive opfanget, skal der systemer til, hvor massive objekter udsættes for vedvarende og kraftig acceleration. Én af de mest energirige kilder er et dobbelt sort hul, hvor to sorte huller kredser om hinanden under tyngdekraftens effekt. I takt med at gravitationsbølgerne fører energi væk fra systemet, vil kredsløbet langsomt skrumpe, indtil de to sorte huller til sidst smelter sammen til ét stort sort hul. Ved at analysere gravitationsbølger fra sådanne dobbelte sorte huller kan vi undersøge, om astrofysiske sorte hullers adfærd virkelig stemmer overens med den generelle relativitetsteoris forudsigelser. Første gang, LIGO-detektorerne observerede tyngdebølger, var 14. september 2015, da de opfangede kollisionen mellem to sorte huller - kendt som GW150914. Takket være hurtige fremskridt i detektorernes teknologi kan vi nu observere sammensmeltninger af sorte huller i ultrahøj opløsning, hvilket gør det muligt at udføre de hidtil mest præcise tests af relativitetsteorien og sort hul-fysik. Trods deres matematiske kompleksitet er sorte huller overraskende simple objekter, udelukkende kendetegnet ved deres masse, rotation og (muligvis) elektriske ladning. I 1972 offentliggjorde Stephen Hawking et banebrydende studie, som viste, at når to sorte huller smelter sammen, skal overfladearealet af den endelige begivenhedshorisont være større end summen af overfladearealerne af de to oprindelige sorte huller. Det er kendt som Hawkings arealteorem. En måde at forstå det på er ved at indse, at begivenhedshorisontens overfladeareal afhænger af det sorte huls masse og rotation på en helt særlig måde: Hvis vi fordobler et sort huls masse, bliver begivenhedshorisonten fire gange større. Hvis det sorte hul derimod roterer hurtigere, bliver begivenhedshorisonten mere fladtrykt (forestil dig en rugbybold), og overfladearealet mind...