SUPERMASSIVE SORTE HULL ELLER GALAKSENE DERES? HVILKEN KOM FøRST?

Send

Det er et supermassivt svart hull i sentrum av nesten hver galakse i universet. Hvordan kom de dit? Hva er forholdet mellom disse monster-sorte hullene og galakene som omgir dem?

Hver gang astronomer ser lenger ut i universet, oppdager de nye mysterier. Disse mysteriene krever alle nye verktøy og teknikker for å forstå. Disse mysteriene fører til flere mysterier. Det jeg sier er at det er mystiske skilpadder helt ned.

Noe av det mest fascinerende er oppdagelsen av kvasarer, forstå hva de er, og avdukingen av et enda dypere mysterium, hvor kommer de fra?

Som alltid går jeg foran meg selv, så først, la oss gå tilbake og snakke om oppdagelsen av kvasarer.

Tilbake på 1950-tallet skannet astronomene himmelen ved hjelp av radioteleskoper, og fant en klasse bisarre gjenstander i det fjerne universet. De var veldig lyse, og utrolig langt borte; hundrevis av millioner eller til og med milliarder lysår unna. De første ble oppdaget i radiospekteret, men over tid fant astronomene enda mer glødende i det synlige spekteret.

Astronomen Hong-Yee Chiu tegnet begrepet “kvasar”, som sto for en kvasi-stellar gjenstand. De var som stjerner, skinnende fra en enkelt punktkilde, men de var tydeligvis ikke stjerner, og flammet av mer stråling enn en hel galakse.

I løpet av tiårene undret astronomer kvasarenes natur, og lærte at de faktisk var sorte hull, aktivt mate og sprengte stråling, synlige milliarder lysår unna.

Men de var ikke de svarte hullene i massen, som var kjent for å være fra gigantiske stjerners død. Dette var supermassive sorte hull, med millioner eller til og med milliarder ganger solens masse.

Så langt tilbake som på 1970-tallet vurderte astronomer muligheten for at det kan være disse supermassive sorte hullene i hjertet av mange andre galakser, til og med Melkeveien.

I 1974 oppdaget astronomer en radiokilde i sentrum av Melkeveien som avgir stråling. Det ble tittelen Skytten A *, med en stjerne som står for "spennende", vel, i "begeistrede atomer" -perspektiv.

Dette vil samsvare med utslippene fra et supermassivt svart hull som ikke livnærte seg materielt. Vår egen galakse kunne ha vært en kvasar i fortiden, eller i fremtiden, men akkurat nå var det svarte hullet stort sett stille, bortsett fra denne subtile strålingen.

Astronomer trengte å være sikre, så de utførte en detaljert kartlegging av sentrum av Melkeveien i det infrarøde spekteret, som gjorde at de kunne se gjennom gassen og støvet som skjuler kjernen i synlig lys.

De oppdaget en gruppe stjerner som kretser rundt Skyttens A-stjerne, som kometer som kretser rundt solen. Bare et svart hull med millioner av ganger solens masse kunne gi den typen tyngdekrakter som kan piske disse stjernene rundt i så bisarre baner.

Ytterligere undersøkelser fant et supermassivt svart hull i hjertet av Andromeda Galaxy, og det virker som om disse monstrene er i sentrum av nesten enhver galakse i universet.

Men hvordan ble de dannet? Hvor kom de fra? Dannet galaksen først, og fikk det sorte hullet til å danne seg i midten, eller dannet det sorte hullet seg og bygge opp en galakse rundt dem?

Inntil nylig var dette fremdeles et av de store uløste mysteriene innen astronomi. Når det er sagt, har astronomer forsket mye på å bruke flere og mer følsomme observatorier, utarbeidet teoriene sine, og nå samler de bevis for å hjelpe til å komme til bunns i dette mysteriet.

Astronomer har utviklet to modeller for hvordan storskala-strukturen i universet samlet seg: topp ned og nede opp.

I topp-ned-modellen dannet en hel galaktisk superkluster seg på en gang ut av en enorm sky med uregnet hydrogen igjen fra Big Bang. En superkluster verdt stjerner.

Da skyen samlet den, snurret den opp, og sparket ut mindre spiraler og dverggalakser. Disse kunne ha blitt kombinert senere for å danne den mer komplekse strukturen vi ser i dag. De supermassive sorte hullene ville ha dannet seg som de tette kjernene til disse galaksene når de kom sammen.

Hvis du vil pakke tankene rundt dette, kan du tenke på den stellar barnehagen som dannet vår sol og en haug med andre stjerner. Se for deg en enkelt sky av gass og støv som danner flere stjernesystemer i den. Over tid modnet stjernene og drev bort fra hverandre.

Det er helt nede. En stor begivenhet som fører til strukturen vi ser i dag.

I bunnen opp modellen samlet lommer med gass og støv seg sammen til større og større masser, og danner etter hvert dverggalakser, og til og med klynger og superklynger vi ser i dag. De supermassive sorte hullene i hjertet av galakser ble dyrket fra kollisjoner og sammenslåinger mellom sorte hull over eoner.

Det er faktisk slik astronomer tror planetene i solsystemet dannet seg. Ved at støvstykker tiltrekker hverandre i større og større korn til de gjenstandene i planetstørrelse dannet seg over millioner av år.

Nederst opp kommer små deler sammen.

Rett etter Big Bang var hele universet utrolig tett. Men det var ikke den samme tettheten overalt. Små kvantefluktuasjoner i tetthet i begynnelsen utviklet seg over milliarder av år med ekspansjon til de galaktiske superklyngene vi ser i dag.

Jeg vil stoppe og la dette synke inn i hjernen din et øyeblikk. Det var mikroskopiske variasjoner i tetthet i det tidlige universet. Og disse variasjonene ble strukturer hundrevis av millioner lysår overalt vi ser i dag.

Se for deg de to kreftene som var i spill mens universets utvidelse skjedde. På den ene siden har du den gjensidige tyngdekraften til at partiklene trekker hverandre. Og på den annen side har du utvidelsen av Universet som skiller partiklene fra hverandre. Størrelsen på galakser, klynger og superklynger ble bestemt av balansepunktet til de motstridende kreftene.

Hvis små biter kom sammen, vil du få den bunnen opp formasjonen. Hvis store stykker kom sammen, vil du få den topp-nede formasjonen.

Når astronomer ser ut i universet på de største skalaene, observerer de klynger og superklynger så langt de kan se - noe som støtter topp-down-modellen.

På den annen side viser observasjoner at de første stjernene dannet seg bare noen hundre millioner år etter Big Bang, som støtter bunnen opp.

Så svaret er begge deler?

Nei, de mest moderne observasjonene gir kanten til prosessene fra bunnen av.

Nøkkelen er at tyngdekraften beveger seg med lysets hastighet, noe som betyr at gravitasjonsinteraksjonene mellom partikler som sprer seg fra hverandre er nødvendige for å få tak i lysets hastighet.

Med andre ord, du vil ikke få en superkluster verdt materiale til å komme sammen, bare en stjerners verdi av materiale. Men disse første stjernene var laget av rent hydrogen og helium, og kunne vokse seg mye mer massive enn stjernene vi har i dag. De ville leve raskt og dø i supernovaeksplosjoner, og skape mye mer massive sorte hull enn vi får i dag.

De første protogalaksiene kom sammen og samlet disse første monster sorte hullene og de massive stjernene som omringet dem. Og så, over millioner og milliarder av år, slo disse svarte hullene seg sammen igjen og igjen og samlet millioner og til og med milliarder ganger solens masse. Slik fikk vi de moderne galaksene vi ser i dag.

Det var en nylig observasjon som støtter denne konklusjonen. Tidligere i år kunngjorde astronomer funnet av supermassive sorte hull i sentrum av relativt bittesmå galakser. I vår egen Melkevei er det supermassive sorte hullet 4,1 millioner ganger solens masse, men utgjør bare 0,01% av galakas totale masse.

Men astronomer fra University of Utah fant to ultrakompakte galakser med svarte hull på henholdsvis 4,4 millioner og 5,8 millioner ganger solens masse. Og likevel utgjør de sorte hullene 13 og 18 prosent av massen til vertsgalaksen deres.

Tanken er at disse galaksene en gang var normale, men kolliderte med andre galakser tidligere i universets historie, ble frastjålet stjernene sine og ble deretter spyttet ut for å streife rundt i kosmos.

De er ofre for de tidlige sammenslåingene, bevis på blodbadet som skjedde i det tidlige universet da sammenslåingen skjedde.

Vi snakker alltid om de uløste mysteriene i universet, men dette er astronomer som begynner å pusle ut.

Det virker mest sannsynlig at strukturen til universet vi ser i dag dannet nedenfra. De første stjernene kom sammen til protogalakser, og døde som supernova for å danne de første sorte hullene. Strukturen til universet vi ser i dag er sluttresultatet av milliarder av år med dannelse og ødeleggelse. Med de supermassive sorte hullene som kommer sammen over tid.

Når teleskoper som James Webb kommer på jobb, bør vi kunne se disse brikkene komme sammen, helt i utkanten av det observerbare universet.