Vår kärlek till svarta hål fortsätter att växa i takt med att vår kunskap om dessa himlakroppar ökar. De senaste nyheterna är upptäckten av ett sällsynt "mellanvikts" svart hål, en relativ nykomling i familjen med svarta hål.

Vi visste redan att vissa svarta hål bara är några få gånger massan av vår sol, medan andra är mer än en miljard gånger så massiva. Men andra med medelstora massor, som den 2, 200 gånger massan av vår sol som nyligen upptäcktes i stjärnhopen 47 Tucanae, är förvånansvärt svårfångade.

Så vad är det med svarta hål, dessa gravitationsfängelser som fångar allt som kommer för nära dem, som fångar fantasin hos människor i alla åldrar och yrken?

"Mörka stjärnor"

Så långt tillbaka som 1783, inom ramen för Newtons dynamik, begreppet "mörka stjärnor" med tillräckligt hög densitet för att inte ens ljus kan undkomma deras gravitationskraft hade förts fram av den engelske filosofen och matematikern John Michell.

Nästan omedelbart efter att Albert Einstein presenterade sin allmänna relativitetsteori 1915, som ersatte Newtons beskrivning av vårt universum och avslöjade hur rum och tid är intimt kopplade, tysken Karl Schwarzschild och holländaren Johannes Droste härledde oberoende av varandra de nya ekvationerna för en sfärisk eller punktmassa.

Även om frågan på den tiden fortfarande var något av en matematisk kuriosa, under det efterföljande kvartssekelet insåg kärnfysiker att tillräckligt massiva stjärnor skulle kollapsa under sin egen vikt för att bli dessa tidigare teoretiserade svarta hål.

Deras existens bekräftades så småningom av astronomer som använde kraftfulla teleskop, och på senare tid var kolliderande svarta hål källan till gravitationsvågorna som upptäcktes med LIGO-instrumenteringen i USA.

Ett tätt föremål

Tätheten hos sådana föremål är häpnadsväckande. Om vår sol skulle bli ett svart hål, den skulle behöva kollapsa från sin nuvarande storlek på 1,4 miljoner km tvärs över till en radie på mindre än 3 km (6 km tvärs över). Dess genomsnittliga densitet inom denna "Schwarzschild-radie" skulle vara nästan 20 miljarder ton per kubikcentimeter.

Den ökande styrkan och tyngdkraften när du kommer närmare ett svart hål kan vara dramatisk.

På jorden, styrkan av gravitationskraften som håller dig mot dess yta är ungefär densamma vid dina fötter som vid ditt huvud, som är lite längre bort från planeten.

Men nära några svarta hål, skillnaden i gravitationskraft från topp till tå är så stor att du skulle dras isär och sträckas ut på atomnivå, i en process som kallas spaghettifiering.

1958, den amerikanske fysikern David Finkelstein var den förste att inse den sanna naturen hos det som har kommit att kallas "händelsehorisonten" för ett svart hål. Han beskrev denna gräns runt ett svart hål som det perfekta enkelriktade membranet.

Det är en immateriell yta som kapslar in en sfär utan återvändo. Väl inne i denna sfär, gravitationskraften från det svarta hålet är för stor för att undkomma – även för ljus.

1963, den nyzeeländska matematikern Roy Kerr löste ekvationerna för de mer realistiska roterande svarta hålen. Dessa gav stängda tidsliknande kurvor som möjliggjorde rörelse bakåt genom tiden.

Medan sådana konstiga lösningar på den allmänna relativitetstekvationen först dök upp i den österrikisk-amerikanske logikern Kurt Gödels arbete 1949, det är vanligt att de måste vara en matematisk artefakt som ännu inte har förklarats bort.

Svarta och vita hål

1964, två amerikaner, författaren Ann Ewing och den teoretiske fysikern John Wheeler, introducerade termen "svart hål". Senare, år 1965, den ryske teoretiske astrofysikern Igor Novikov introducerade termen "vitt hål" för att beskriva den hypotetiska motsatsen till ett svart hål.

Argumentet var att om materia hamnar i ett svart hål, då kanske det spys ut i vårt universum från ett vitt hål.

Denna idé är delvis rotad i det matematiska konceptet som kallas en Einstein-Rosen-bro. Upptäcktes (matematiskt) 1916 av den österrikiske fysikern Ludwig Flamm, och återinfördes 1935 av Einstein och den amerikansk-israelske fysikern Nathan Rosen, det kallades senare ett "maskhål" av Wheeler.

1962, Wheeler och den amerikanske fysikern Robert Fuller förklarade varför sådana maskhål skulle vara instabila för att transportera ens en enda foton över samma universum.

Fakta och fiktion

Inte överraskande, idén att gå in i en (svart håls) portal och återuppstå någon annanstans i universum – i rymden och/eller tiden – har gett upphov till otaliga science fiction-berättelser, inklusive Doctor Who, Stargate, Frans, Farscape och Disneys svarta hål.

Pågående produktioner kan helt enkelt hävda att deras karaktärer reser till ett annat eller ett parallellt universum till vårt eget. Även om det verkar vara matematiskt genomförbart, det finns naturligtvis inga fysiska bevis som stödjer existensen av sådana universum.

Men detta är inte att säga att tidsresor, åtminstone i begränsad mening, är inte verklig. När du reser i hög hastighet, eller kanske faller i ett svart hål, tidens gång saktar ner i förhållande till vad som upplevs av stationära observatörer.

Klockor som flögs snabbt runt om i världen har visat detta, visar tidsfördröjningar i enlighet med Einsteins speciella relativitetsteori.

Filmen Interstellar från 2014 spelade på denna effekt runt ett svart hål, skapar därmed en känsla av att resa framåt i tiden för astronauten Cooper (spelad av Matthew McConaughey).

Trots det märkligt förtjusande namnet, frasen "svart hål" är kanske något missvisande. Det innebär ett hål i rum-tiden genom vilket materia kommer att falla, i motsats till att materia faller på ett otroligt tätt föremål.

Vad som faktiskt existerar inom ett svart håls händelsehorisont diskuteras hett. Försök att förstå detta inkluderar "fuzzball"-bilden från strängteorin, eller beskrivningar av svarta hål i kvantgravitationsteorier som kallas "spin foam networks" eller "loop quantum gravity".

En sak som verkar säker är att svarta hål kommer att fortsätta att intrigera och fascinera oss ännu ett tag.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.