SUPERMASSIVE SORTE HULLER ELLER DERES GALAKSER? HVILKEN KOM FøRST?

Send

Der er et supermassivt sort hul i midten af næsten enhver galakse i universet. Hvordan kom de der? Hvad er forholdet mellem disse monster sorte huller og galakserne, der omgiver dem?

Hver gang astronomer ser længere ude i universet, opdager de nye mysterier. Disse mysterier kræver alle nye værktøjer og teknikker til at forstå. Disse mysterier fører til flere mysterier. Det, jeg siger, er, at det er mystiske skildpadder helt ned.

En af de mest fascinerende er opdagelsen af kvasarer, forståelse af, hvad de er, og afsløringen af et endnu dybere mysterium, hvor kommer de fra?

Som altid går jeg foran mig selv, så først lad os gå tilbage og tale om opdagelsen af kvasarer.

Tilbage i 1950'erne skannede astronomer himlen ved hjælp af radioteleskoper og fandt en klasse af bizarre genstande i det fjerne universum. De var meget lyse og utroligt langt væk; hundreder af millioner eller endda milliarder lysår væk. De første blev opdaget i radiospektret, men over tid fandt astronomer endnu mere op i det synlige spektrum.

Astronomen Hong-Yee Chiu opfandt udtrykket “quasar”, som stod for et kvasi-stjernet objekt. De var som stjerner, skinnede fra en enkelt punktkilde, men de var tydeligvis ikke stjerner, der flammede af mere stråling end en hel galakse.

I løbet af årtier forundrede astronomer kvasarenes natur og lærte, at de faktisk var sorte huller, aktivt fodring og sprængning af stråling, synlige milliarder af lysår væk.

Men det var ikke de sorte stjernemasse, som man vidste var fra gigantiske stjerners død. Disse var supermassive sorte huller med millioner eller endda milliarder af gange solens masse.

Så langt tilbage som i 1970'erne overvejede astronomer muligheden for, at der kunne være disse supermassive sorte huller i hjertet af mange andre galakser, endda Mælkevejen.

I 1974 opdagede astronomer en radiokilde i midten af Mælkevejen, der udsender stråling. Det fik titlen Skytten A *, med en stjerne, der står for ”spændende”, ja, i ”begejstrede atomer” -perspektiv.

Dette ville matche emissionerne fra et supermassivt sort hul, der ikke aktivt fodrede med materiale. Vores egen galakse kunne have været en kvasar i fortiden eller i fremtiden, men lige nu var det sorte hul for det meste stille, bortset fra denne subtile stråling.

Astronomer var nødt til at være sikre, så de udførte en detaljeret undersøgelse af selve midten af Mælkevejen i det infrarøde spektrum, som gjorde det muligt for dem at se gennem gassen og støvet, som skjuler kernen i synligt lys.

De opdagede en gruppe stjerner, der kredser om Skyttens A-stjerne, ligesom kometer, der kredser om Solen. Kun et sort hul med millioner af gange solens masse kunne give den slags tyngdepunkt for at piske disse stjerner rundt i så bizarre baner.

Yderligere undersøgelser fandt et supermassivt sort hul i hjertet af Andromeda Galaxy, faktisk ser det ud til, som om disse monstre er i centrum af næsten enhver galakse i universet.

Men hvordan blev de dannet? Hvor kom de fra? Dannes galaksen først og fik det sorte hul til at dannes i midten, eller dannede det sorte hul sig, og opbyggede en galakse omkring dem?

Indtil for nylig var dette faktisk stadig et af de store uløste mysterier inden for astronomi. Når det er sagt, har astronomer foretaget masser af undersøgelser ved hjælp af flere og mere følsomme observatorier, udarbejdet deres teorier, og nu samler de bevis for at hjælpe med at komme til bunden af dette mysterium.

Astronomer har udviklet to modeller til, hvordan universets storskala-struktur kom sammen: top down and bottom up.

I top-down-modellen dannedes en hel galaktisk supercluster på én gang ud af en enorm sky af primordial brint tilbage fra Big Bang. En supercluster værdi af stjerner.

Da skyen kom sammen, spundet den op, sparkede mindre spiraler og dværg galakser ud. Disse kunne have kombineret senere for at danne den mere komplekse struktur, vi ser i dag. De supermassive sorte huller ville have dannet sig som de tætte kerner i disse galakser, da de kom sammen.

Hvis du vil bryde dit sind rundt om dette, skal du tænke på den stjerneklinik, der dannede vores sol og en masse andre stjerner. Forestil dig en enkelt sky af gas og støv, der danner flere stjerner i det. Over tid modnet stjernerne og gik væk fra hinanden.

Det er top down. En stor begivenhed, der fører til den struktur, vi ser i dag.

I bottom up-modellen opsamles lommer med gas og støv til større og større masser, og danner til sidst dværg galakser, og endda de klynger og superklynger, vi ser i dag. De supermassive sorte huller i hjertet af galakser blev dyrket fra kollisioner og fusioner mellem sorte huller over eoner.

Det er faktisk sådan, hvordan astronomer tror, at planeterne i solsystemet dannede sig. Ved støvstykker, der tiltrækker hinanden i større og større korn, indtil de planetstore objekter dannede sig over millioner af år.

Nedefra kommer små dele sammen.

Kort efter Big Bang var hele universet utroligt tæt. Men det var ikke den samme densitet overalt. Lille kvantefluktuationer i densitet i begyndelsen udviklede sig over milliarder af år med ekspansion til de galaktiske superklynger, vi ser i dag.

Jeg vil stoppe og lade dette synke ned i din hjerne et øjeblik. Der var mikroskopiske variationer i densitet i det tidlige univers. Og disse variationer blev strukturer hundreder af millioner af lysår overalt, vi ser i dag.

Forestil dig de to kræfter, der spilles, da udvidelsen af universet skete. På den ene side har du den gensidige tyngde af partiklerne, der trækker hinanden sammen. Og på den anden side har du udvidelsen af universet, der adskiller partiklerne fra hinanden. Størrelsen på galakser, klynger og superklynger blev bestemt af balancepunktet for de modstridende styrker.

Hvis små stykker kom sammen, så ville du få den bottom up-formation. Hvis store stykker mødtes, ville du få den top-down-formation.

Når astronomer kigger ud i universet på de største skalaer, observerer de klynger og superklynger så vidt de kan se - hvilket understøtter top-down-modellen.

På den anden side viser observationer, at de første stjerner dannede kun et par hundrede millioner år efter Big Bang, som understøtter bottom up.

Så svaret er begge dele?

Nej, de mest moderne observationer giver kanten til bottom up-processerne.

Nøglen er, at tyngdekraften bevæger sig med lysets hastighed, hvilket betyder, at gravitationsinteraktioner mellem partikler, der spreder sig fra hinanden, er nødvendige for at indhente og gå i lysets hastighed.

Med andre ord ville du ikke få en supercluster værd af materiale til at komme sammen, kun en stjernes værd af materiale. Men disse første stjerner var lavet af rent brint og helium og kunne vokse meget mere massivt end de stjerner, vi har i dag. De ville leve hurtigt og dø i supernovaeksplosioner og skabe meget mere massive sorte huller, end vi får i dag.

De første protogalaksier samledes og samlet disse første monster sorte huller og de massive stjerner, der omgiver dem. Og så, over millioner og milliarder af år, fusionerede disse sorte huller igen og igen og akkumulerede millioner og endda milliarder gange solens masse. Sådan fik vi de moderne galakser, vi ser i dag.

Der var en nylig observation, der støtter denne konklusion. Tidligere i år annoncerede astronomer opdagelsen af supermassive sorte huller i midten af relativt lille galakser. I vores egen Mælkevej er det supermassive sorte hul 4,1 millioner gange solens masse, men tegner sig kun for 0,01% af galaksens samlede masse.

Men astronomer fra University of Utah fandt to ultrakompakte galakser med sorte huller på henholdsvis 4,4 millioner og 5,8 millioner gange solens masse. Og alligevel udgør de sorte huller 13 og 18 procent af massen af deres værtsgalakser.

Tænkningen er, at disse galakser engang var normale, men kolliderede med andre galakser tidligere i universets historie, blev frataget deres stjerner og blev derefter spyttet ud for at strejfe rundt i kosmos.

De er ofre for de tidlige fusionerende begivenheder, bevis på blodbadet, der skete i det tidlige univers, da fusionerne foregik.

Vi taler altid om de uløste mysterier i universet, men dette er astronomer begyndt at gå på.

Det ser ud til at sandsynligvis er strukturen i det univers, vi ser i dag, dannet bottom up. De første stjerner samledes i protogalaksier, de døde som supernova for at danne de første sorte huller. Strukturen i det univers, vi ser i dag, er slutresultatet af milliarder af år med dannelse og ødelæggelse. Med de supermassive sorte huller, der samles over tid.

Når teleskoper som James Webb kommer på arbejde, skulle vi være i stand til at se disse stykker samles, lige i udkanten af det observerbare univers.