Vi er nødt til at tale om de mørke aldre. Nej ikkede der mørke aldre efter faldet i det vestlige romerske imperium. Og vi er nødt til at tale om den kosmiske daggry: fødslen af de første stjerner, en svulmende epoke, der fuldstændigt omformede kosmosets ansigt til sin moderne form.
Disse første stjerner kan have været helt i modsætning til noget, vi ser i det nuværende univers. Og vi er måske, hvis vi er heldige, ved at se dem for første gang.
Først skal vi oprette et lille mysterium.
Vi ved alle nu, hvordan sorte huller bliver. En gigantisk stjerne, et sted nord for otte gange massen af vores sol, lever sit korte, men forudsigelige liv, og smelter brint i helium. Derefter løber det tør for brint og begynder at smelte helium. Derefter løber det tør for helium og begynder at brænde tyngre ting, og går vej op i det periodiske bord, indtil det rammer jern. Smeltning af jern suger energi i stedet for at frigive energi, og derfor kan intet stoppe stjernens frygtelige tyngdepunkt. Alt bliver presset ned i en lille mængde, og nu har du et sort hul.
Over tid kan det sorte hul mødes og forbruge andre sorte huller, eller bare amme det omgivende interstellære materiale, hvilket øges i oksekød hele tiden. Givet nok tid og nok mad, kan det sorte hul kvælde sig til at blive en kæmpe - en supermassiv gigant. Disse væsner lurer i galakernes hjerter og tip let vægten på en overordentlig million-plus gange massen af vores sol.
Nyt materiale falder fortsat ind - bare fordi det sorte hul er gigantisk, betyder det ikke, at dens sult er mættet - og når gassen falder ned i det gabende hul af det sorte hul, komprimeres det og varmer op, glødende lysere end en galakas værdi af stars. Dette objekt går ad flere navne - quasar, blazar, aktiv galaktisk kerne - men de betyder alle de samme ting: et kæmpe sort hul erfodring.
Det er alt sammen godt og godt og lidt skræmmende, men her er et problem. Vi ser kvasarer i det meget fjerne univers, hvilket betyder, at vi ser kvasarer i selveung univers, da det ikke engang var en milliard år gammel (ja, det er ungt for et univers). Og processen, jeg lige har beskrevet ovenfor (at danne store stjerner, lade dem leve og dø, skabe et sort hul, lade det fodre i gargantuanske forhold) tager meget længere end en milliard år.
Hvordan producerede vores univers så sorte huller så hurtigt?
Hvis den sædvanlige stjerne-> sorte hul-> kvasarrute ikke ser ud til at fungere i det tidlige univers, er det på tide at overveje alternativer. Genveje. Hurtigere ruter til at skabe de store sorte huller, som vores observationer kræver, findes. Og den hurtigste måde at fremstille et supermassivt sort hul er at starte med en supermassiv stjerne.
Hvor supermassivt? Hvad med 100.000 solmasser, er det stort nok for dig?
Stjerner som denne findes simpelthen ikke i dagens univers. Hvis du prøver at proppe alt detting og sager til et kompakt nok volumen til at forvandle den til en stjerne, vil interaktioner og ustabiliteter fragmentere den som så meget smuldrende cookie-dej i dine hænder og danne masser af normale stjerner i stedet for et enkelt monster. Dette er grunden til, at vi synes, stjerner over 100 solmasser er, selvom det er muligt, ekstremt sjældne i dag.
Men æraen med den kosmiske daggry var en anden tid. For det første eksisterede der ikke tunge elementer endnu - atomsmedierne havde ikke fungeret længe nok til at forurene de interstellare vandveje. Stråling fra disse ekstra elementer er en fantastisk måde at køle ned en gassky og udløse dens fragmentering til mindre bidder. For det andet blev det unge kosmos oversvømmet med ultraviolet stråling med høj energi fra den pludselige fødsel af andre, mindre stjerner. Denne stråling bryder molekylært brint fra hinanden, en anden nøglevej til afkøling og fragmentering af en gigantisk gassky.
Så selvom det igen er sjældent, kan forholdene have været lige lige i slutningen af den kosmiske mørke tidsalder for at danne kæmpe og endda supergigante stjerner: nok materiale kunne have strømmet ind i et lille nok volumen uden at splitte fra hinanden og føde en enorm stjerne.
Disse gigantiske stjerner ville have ført korte liv og kollapsede direkte for at danne store sorte huller og genkorte den sædvanlige rute til at lave kvasarer.
Dette lyder som en god idé, men i videnskaben har store ideer brug for at konfrontere bevisene, før vi kan begynde at tro på dem. I dette tilfælde ville det være ret praktisk at have et fotografi af en af disse gigantiske stjerner Før de blev til sorte huller og derefter til kvasarer.
Det er dog svært, for den tid, hvor disse stjerner levede og døde, er langt væk fra os. Og disse stjerner, selvom de stadig er gigantiske efter stjernernes standarder, var meget meget små, hvilket gjorde dem endnu sværere at få øje på i disse ekstreme afstande.
Men for en gangs skyld får vi måske en heldig pause. Nylige simuleringer af disse mærkelige stjerner afslører, at de er overraskende seje og har en overfladetemperatur et sted mellem 6.000-8000 Kelvin, hvilket giver deres overflader en intens rød glød. Og på grund af deres utrolige bulk, er de meget lyse og sprængt med lys i en intensitet på ti milliarder solskins. Denne kombination af ren lysstyrke og dyb rødhed betyder, at de potentielt er synlige i infrarøde bølgelængder for nogle kommende missioner.
Opgaver som James Webb Space Telescope, et instrument specifikt designet til at gå på jagt efter de første stjerner. Hvis supergiant stjerner eksisterede i disse længe væk epoker, og hvis nogle af dem var heldige nok til at overleve ind i den æra, hvor deres brødre allerede begyndte at omdanne til monster sorte huller, og sætte dem bare en smule nærmere i betragtning, er der en chance for, at vi direkte kan tage deres billede.
Hvilket syn ville det være.
Læs mere: “On the Detection of Supermassive Primordial Stars”
