Denne Nobelpris i fysik blev i år tildelt tre forskere for deres arbejde med sorte huller. Den britiske kosmolog Roger Penrose vil modtage halvdelen af prisen, mens den resterende halvdel deles mellem den tyske astrofysiker Reinhard Genzel og den amerikanske astrofysiker Andrea Ghez. Ghez er kun den fjerde kvinde i historien, der modtager den ærværdige fysikpris.
“Dette års pris handler om universets mørkeste hemmeligheder”, sagde Göran K. Hansson, generalsekretær for Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi, ved et pressemøde. Akademiet anerkendte Penrose for hans “opdagelse af, at dannelsen af sorte huller er en robust forudsigelse af den generelle relativitetsteori”, tilføjede Hansson, mens Ghez og Genzel fik prisen “for opdagelsen af et supermassivt kompakt objekt i midten af vores galakse.”
Sorte huller er områder af rummet, hvor tyngdekraften er så stærk, at ikke engang lyset kan slippe væk. For at skabe et sådant, sagde Ulf Danielsson, fysiker i Nobelkomitéen for fysik, ved arrangementet, “skulle man komprimere solen til et område på kun få kilometer i diameter – eller presse Jorden ned på størrelse med en ært”. I hjertet af hvert sort hul ville der ligge en “singularitet”, et punkt, hvor tyngdekraften presser materien til uendelig tæthed, omgivet af en “begivenhedshorisont”, uden for hvilken alt, hvad der falder ind, ikke kan vende tilbage til det større univers udenfor. Selv om forskerne i århundreder har spekuleret over deres eksistens, var det uklart, om sådanne ekstreme objekter kunne forekomme i virkeligheden. Selv Albert Einstein – hvis generelle relativitetsteori danner det moderne grundlag for forståelsen af sorte huller – tvivlede på deres eksistens.
Men i 1965 viste Penrose, en fysiker, der arbejdede sammen med Stephen Hawking og nu er professor emeritus ved University of Oxford, matematisk “at sorte huller virkelig kan eksistere og dannes i en stabil og robust proces”, der er i overensstemmelse med Einsteins teorier, sagde David Haviland, fysiker ved KTH Royal Institute of Technology i Sverige og formand for komitéen for fysikprisen, til journalisterne.
“Penrose og Hawking beviste, at for stjerner af en bestemt type er sorte huller et stort set uundgåeligt resultat af stjernernes kollaps”, siger Sabine Hossenfelder, teoretisk fysiker ved Frankfurt Institute for Advanced Studies i Tyskland. “Før dette banebrydende arbejde troede de fleste fysikere, at sorte huller blot var matematiske kuriositeter, som optræder i den generelle relativitetsteori, men at de ikke ville eksistere i virkeligheden. I stedet viste det sig, at sorte huller er svære at undgå i stjerners kollaps, og at universet burde være fyldt med dem…. Historien om opdagelsen af sorte huller viser tydeligt, hvor magtfuld ren matematik kan være i bestræbelserne på at forstå naturen.”
Penrose’s arbejde med sorte huller stoppede ikke ved at bevise, at de er mulige under den generelle relativitetsteori, bemærker Avi Loeb, astrofysiker ved Harvard University og leder af universitetets Black Hole Initiative. Penrose viste også, hvordan man kan udvinde energi fra snurrende sorte huller – den såkaldte Penrose-proces, som kan spille en vigtig rolle for kvasarer, de ultralysende objekter, der er forbundet med glubske sorte huller i kernerne af fjerne gamle galakser. Og Penrose’s “kosmiske censurhypotese”, siger Loeb, “redder vores evne til at forudsige fremtiden i hele universet fra patologien i de singulariteter, der er forbundet med sorte huller, hvor Einsteins teori bryder sammen…. Ligesom i Las Vegas gælder det, at “hvad der sker inden for begivenhedshorisonten, forbliver inden for begivenhedshorisonten”.”
Mens Penrose, Hawking og andre teoretikere kodificerede det fysiske grundlag for sorte huller, søgte og studerede observationsastronomer disse eksotiske objekter i stadig større detaljer.
En banebrydende opdagelse begyndte at dukke op i 1990’erne. Genzel – direktør for infrarød astronomi ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland – og Ghez – professor ved University of California, Los Angeles – stod hver især i spidsen for et uafhængigt forskerhold, der brugte kraftige infrarøde teleskoper med adaptiv optik til at kigge ind i Mælkevejens støvhyllede hjerte. Her så begge hold stjerner sværme omkring en mystisk central mørk kilde, et usynligt objekt, som ifølge stjernernes bevægelser må indeholde en masse svarende til fire millioner solers masse. “Der er ingen anden forklaring end et supermassivt sort hul”, sagde Danielsson.
Serfølgende observationer, hovedsageligt fra Hubble-rumteleskopet, har afsløret, at der lurer sådanne skalatunge sorte huller i centrum af næsten alle store galakser i det observerbare univers. Denne observation tyder på, at disse objekter, der langt fra blot er astrofysiske arkaner, måske er universets mest afgørende byggesten for kosmiske strukturer i stor skala.
“Videnskab er så vigtig, og det er afgørende for os som mennesker at præsentere virkeligheden i vores fysiske verden”, sagde Ghez i et interview med journalister, efter at hun havde fået kendskab til sin pris. “Vi har ingen anelse om, hvad der er inde i sorte huller…. De repræsenterer virkelig et sammenbrud i vores forståelse af fysikkens love. Det er en del af det spændende – vi ved det stadig ikke.”
Genzels og Ghez’ hold fortsætter med at gøre nye opdagelser om Mælkevejens centrale supermassive sorte hul, kaldet Sagittarius A*, som f.eks. knuder af overophedet gas, der blusser op til lysstyrke, når de spiralerer ud i glemslen. Nye anlæg, herunder Laser Interferometer Gravitationsbølgeobservatoriet (LIGO) og Virgo-interferometeret, undersøger fusionerende par af sorte huller ved at registrere deres udslip af krusninger i rumtiden, kaldet gravitationsbølger. Og de igangværende radiobservationer af Sagittarius A* samt sådanne undersøgelser af et andet supermassivt objekt i den nærliggende galakse M87, som foretages af det verdensomspændende Event Horizon Telescope (EHT), giver revolutionerende nærbilleder af disse kosmiske monstre.
“Alle disse banebrydende teknikker bringer os tættere på kanten af det ukendte end nogensinde før og giver os nye måder at studere de mest mystiske objekter i kosmos på og afprøve vores mest grundlæggende teorier”, siger Sheperd Doeleman, der er grundlægger og direktør for EHT. “Resultaterne fra de sidste mange år har givet os mulighed for at stille spørgsmål, som vi aldrig kunne have formuleret før. Men endnu vigtigere er det, at de giver os mulighed for at drømme stort. Det arbejde, der i dag fejres med Nobelprisen, er transformativt, og fremtiden for sorte huller er, som man siger, lys!”
“Dette er ikke bare et gammelt eventyr, der kommer til sin triumferende afslutning,” siger Danielsson. “Det er et nyt eventyr, der begynder. Efterhånden som vi sonderer stadig tættere på de sorte hullers horisonter, har naturen måske nye overraskelser i vente.”