Sort hull-bombe #1: Moment av treghet og en kosmisk faseovergang

Universet er fullt av ekstremer. Stjerner som kollapser til sorte hull, materie som presses sammen til ufattelige tettheter, og krefter så sterke at de bøyer selve romtiden. Men hva skjer når disse kreftene når et kritisk punkt? Hva om et sort hull, under ekstremt trykk og temperatur, gjennomgår en faseovergang—akkurat som et materiale som blir superledende når det kjøles ned? Dette er hvor jeg vil ta deg med på et vilt sprang inn i tankeeksperimentland, så vi kan forestille oss en sort hull-bombe basert på prinsippene om treghetsmoment og Meissner-effekten. Men før vi drar igang må vi innom litt fysikk for hva vi allerede vet, så litt oppvarming før jeg spinner opp det sorte hullet.

Stjerner og rotasjon

La oss starte med en massiv stjerne, langt større enn vår sol, som spinner med utrolige hastigheter. Denne stjernen, før den blir et sort hull, består hovedsakelig av hydrogen—en lett og rikelig gass som driver den kjernefysiske fusjonen som gir stjernen energi. Hydrogenet i denne stjernen er under så intenst trykk og varme at det til slutt gjennomgår en faseovergang og blir til metallisk hydrogen under ekstreme forhold.

Denne faseovergangen har dype effekter på stjernens elektriske og magnetiske egenskaper, men la oss fokusere på noe annet — treghetsmoment. Treghetsmoment er den egenskapen som holder en roterende gjenstand, som en snurrebass, i bevegelse. Når stjernen kollapser til et sort hull, bevares dette momentet, noe som betyr at det sorte hullet fortsetter å rotere, noen ganger enda raskere ettersom det krymper i størrelse.

Men hva om, under enda mer ekstreme forhold inne i et supermassivt sort hull, noe uventet skjer? Hva om kjernen i det sorte hullet når så kolossalt trykk og temperatur at det gjennomgår en annen faseovergang — en som endrer rotasjonen?

Tankeeksperiment: Sort hull-bomben

I dette tankeeksperimentet ser vi for oss et supermassivt sort hull, et som har rotert i milliarder av år, og som stadig vokser mens det sluker materie fra omgivelsene. Inne i det har trykket og temperaturen nådd ufattelige nivåer. I kjernen blir eksotisk materie komprimert — muligens til og med en kvark-gluon-plasma, den varme suppa av fundamentale partikler som eksisterte rett etter Big Bang.

Etter hvert som mer og mer materie faller inn i det sorte hullet, blir kjernen varmere og når en kritisk masse og ekstreme forhold. Dette er hvor analogien til Meissner-effekten kommer inn. Akkurat som superledere gjennomgår en faseovergang ved lave temperaturer, noe som får dem til å utvise magnetiske felt, hva om kjernen i det sorte hullet gjennomgår en lignende overgang ved ekstreme temperaturer?

Denne faseovergangen kan plutselig endre det sorte hullets treghetsmoment — den egenskapen som styrer hvordan en gjenstands rotasjon oppfører seg. I dette tilfellet får overgangen det sorte hullets rotasjon til å stoppe eller avta raskt. Den enorme rotasjonsenergien som hadde blitt lagret i det sorte hullets spin blir nå forstyrret. Resultatet? En total destabilisering av det sorte hullets struktur.

Konsekvensene: Rotasjonskollaps og eksplosjon

Tenk deg at kjernen i dette sorte hullet plutselig mister evnen til å bevare sitt treghetsmoment. Det sorte hullets rotasjon, som hadde skapt intense gravitasjonseffekter og deformert romtiden, kollapser. All materien og energien som ble holdt på plass av denne raske rotasjonen er ikke lenger bundet, og resultatet er katastrofalt.

Akkurat som en snurrebass som plutselig mister momentet sitt og tipper over, begynner det sorte hullets rotasjon å avta. Den enorme mengden materie og energi som var stabilisert av rotasjonen begynner å unnslippe. Dette fører til en voldsom eksplosjon — en kosmisk sorte hull-bombe — der alt det sorte hullet hadde slukt over milliarder av år, kastes ut i universet i en enorm utladning av energi og materie.

Universets største eksplosjon

Denne faseovergangen, kombinert med den plutselige endringen i rotasjon, skaper en ustabil situasjon som ender i en gigantisk eksplosjon. Energien som ble frigjort ville være langt større enn noen supernova. Den ville sprenge ut materie, stråling og gravitasjonsbølger, og påvirke nærliggende stjerner og galakser. I likhet med en kjernefysisk eksplosjon som finner sted når spenningen blir for stor, ville det sorte hullet — en gang et symbol på universets mest konsentrerte gravitasjonskrefter — slippe alt løs i et monumentalt utbrudd.

Selv om dette tankeeksperimentet er en vill spekulasjon, er det mulig at slike faseoverganger faktisk kan finne sted i kjernen av et sort hull? Jeg lurer ialefall på om ikke dette kanskje er akkurat hva som skjedde… i big bang…

// steinhaug