Ny type sorte hull funnet

En ny type sorte hull som nå er funnet er den manglende brikken i vår forståelse av galaksenes og de store stjernehopenes tilblivelse og utvikling. I nærheten av Jorden finnes det nå en nyfødt kulehop. Kanskje vil den gi oss et innblikk i hvordan middelstunge sorte hull dannes.

Publisert

Når spesielt tunge stjerner dør fordi de har brukt opp alle sine energireserver, eksploderer de som supernovaer eller de enda voldsommere hypernovaene. Tilbake kan et sort hull bli liggende.

Dette er et område av rommet der tyngdekreftene er så voldsomme at ingenting, heller ikke lyset, slipper ut.

3 typer sorte hull

"I sentrum av disse kuleformede stjerneansamlingene er det funnet en ny type sorte hull. (Foto: STScI/NASA)"
"I sentrum av disse kuleformede stjerneansamlingene er det funnet en ny type sorte hull. (Foto: STScI/NASA)"

Disse sorte hullene har 6 - 15 ganger større massen enn Solen. I sentrum av mange galakser finnes det imidlertid langt tyngre sorte hull.

Disse “superslurperne” kan suge i seg hele stjerner og store mengder gass. Det har virket som de største og tyngste galaksene inneholder de tyngste sorte hullene. De supertunge hullene kan veie mange milliarder ganger mer enn Solen.

"Slik ligger de to kulehopene i rommet i forhold til vår egen galakse og nabogalaksen Andromedagalaksen. (Illustrasjon: NASA/STScI)"
"Slik ligger de to kulehopene i rommet i forhold til vår egen galakse og nabogalaksen Andromedagalaksen. (Illustrasjon: NASA/STScI)"

Hittil har man ikke kjent noen mellomtype - middels tunge sorte hull - men disse er nå oppdaget og det på et uventet sted.

Sorte hull i kulehoper

Rundt de store galaksene, som Melkeveien, svever noen hundre kuleformede og meget tette ansamlinger av stjerner. På grunn av sin form kalles de kulehoper. Kulehopene inneholder de eldste stjernene i Universet. De fleste er langt over ti milliarder år gamle og inneholder fra 10 000 til 10 millioner stjerner. For noen år siden var det faktisk en uoverenstemmelse mellom alderen på kulehopene og alderen på Universet. Tilsynelatende var kulehopene eldre enn Universet. Dette er selvsagt en umulighet - og er derfor ryddet opp i nå.

"Stjernemylderet i kulehopen M15 i stjernebildet Pegasus. (Foto: STScI/NASA)"
"Stjernemylderet i kulehopen M15 i stjernebildet Pegasus. (Foto: STScI/NASA)"

Det er oppdaget middels tunge sorte hull i to slike kulehoper. Hullene har trolig vært der siden kulehopene ble dannet. Funnet er meget interessant for å forstå hvordan stjernehoper dannes og utvikler seg, enten det dreier seg om kulehoper eller hele galakser med flere hundre milliarder stjerner.

Missing link

Siden disse sorte hullene ligger midtveis i masse mellom de to tidligere kjente typene av sorte hull, kan de fortelle oss hvordan de galaktiske supertunge sorte hullene dannes.

"Kulehopen G1 går i bane rundt Andromedagalaksen. Denne galaksen har flere hundre kulehoper, men også flere satellittgalakser (i likhet med Melkeveien som har De magellanske skyene). (Foto: Palomar Observatory Sky Survey)"
"Kulehopen G1 går i bane rundt Andromedagalaksen. Denne galaksen har flere hundre kulehoper, men også flere satellittgalakser (i likhet med Melkeveien som har De magellanske skyene). (Foto: Palomar Observatory Sky Survey)"

Utrolig nok er det en ganske klar sammenheng mellom massen til en stjernehop eller galakse og massen til det sorte hullet i sentrum av verten. En halv prosent av vertens masse ser ut til å være samlet i det sorte hullet i midten. De middelstunge sorte hullene som nå er funnet kan være byggeblokkene til de supertunge sorte hullene i galaksekjernene.

Et forskerteam fant et sort hull med 4 000 solmasser i sentrum av kulehopen M15 i stjernebildet Pegasus. Kulehopen er 32 000 lysår unna, men går i bane rundt Melkeveigalaksen. En annen gruppe fant et sort hull med hele 20 000 ganger Solens masse i den gigantiske kulehopen G1 som går i bane rundt Andromedagalaksen 2,2 millioner lysår unna. Massen til G1 er 10 millioner ganger Solens, og skal etter halvprosent-regelen ha det største hullet. G1 har en meget lyssterk kjerne som gjorde den til et førstevalg ved jakt på sorte hull.

Hvordan oppstår de?

Det er to hovedteorier for hvordan sorte hull dannes. Enten dannes hullet i det galaksen dannes ved at enorme mengder gass og stjerner blir dumpet ned i midten, eller det hele starter med et lite sort hull som vokser med tiden. De middels tunge sorte hullene i kulehopene er ypperlige kandidater som “frø” for de virkelig tunge hullene. De kan rett og slett ha vært byggeblokker for superhullene.

"Ved å måle hastighetene til stjernene inn mot sentrum av kulehopene, kan man finne ut om det er sorte hull der. Er hastighetene veldig store i kjernen, må det være et sort hull som drar på stjernene. (Illustrasjon: NASA/STScI)"
"Ved å måle hastighetene til stjernene inn mot sentrum av kulehopene, kan man finne ut om det er sorte hull der. Er hastighetene veldig store i kjernen, må det være et sort hull som drar på stjernene. (Illustrasjon: NASA/STScI)"


Røntgenobservatoriet ROSAT har tidligere funnet ekstremt kraftige røntgenkilder i galakser med svært kraftig stjernedannelse. Disse kildene kan være middels tunge sorte hull eller de kan være noe annet. Romteleskopet har derimot gjort direkte målinger av stjernenes hastigheter inne i de tette kjernene av kulehopene. Forskerne kan da avlese hvor mye tyngdekraft og dermed masse som trengs for å feie stjernene rundt.

I den relativt nære kulehopen M15 kan hastighetene til enkeltstjerner måles. Observasjonene av G1 målte de kollektive bevegelsene.

Sammensmeltende sorte hull

Objekter med svært sterk tyngdekraft kan smelte sammen til et enda mer ekstremt objekt. Dersom for eksempel to sorte hull går i bane rundt hverandre, forvrenger de selve rommet rundt seg. Meget energirike, men usynlige gravitasjonsbølger sprer seg utover som ringer i vann. I fremtiden vil man forsøke å måle slike bølger med svært fintfølende instrumenter. Bølgene tar imidlertid med seg energi slik at de sorte hullene gradvis kommer nærmere hverandre. Gravitasjonsbølgene blir da kraftigere og kraftigere og til slutt smelter de sorte hullene sammen.

Et nyoppdaget laboratorium

"Sammenhengen mellom massen til det sorte hullet i midten av kulehopene og galaksene og vertsobjektets masse er ganske klar. Rundt 0,5 prosent av galaksens eller kulehopens masse er samlet i det sorte hullet. (Illustrasjon: NASA/STScI)"
"Sammenhengen mellom massen til det sorte hullet i midten av kulehopene og galaksene og vertsobjektets masse er ganske klar. Rundt 0,5 prosent av galaksens eller kulehopens masse er samlet i det sorte hullet. (Illustrasjon: NASA/STScI)"



Det er nylig oppdaget en helt nydannet kulehop i vårt nabolag i Melkeveien. Objektet kalles Cygnus OB2 og ligger 5 500 lysår unna i stjernebildet Svanen. Mens andre kulehoper er langt over ti milliarder år gamle, er denne bare mellom en og tre millioner år.

Massen er i overkant av 10 000 solmasser, og det kan derfor forventes at det ganske snart dannes et sort hull med ca. 50 solmasser i dens kjerne. Minst 120 av stjernene i hopen er så tunge at de i løpet av maksimalt en million år vil eksplodere som hypernovaer og dannes sorte hull. Disse vil ha rundt ti solmasser. I sentrum av kulehoper er det så tett med stjerner at det er godt mulig at endel slike sorte hull kan smelte sammen ganske raskt.

"Lys fra stjerner som nærmer seg blir sammentrykket og dermed blåere. Lys fra stjerner som fjerner seg blir strukket og dermed rødere. Denne såkalte dopplereffekten brukes for å måle hastighetene i galakser og stjernehoper. Effekten er lik den vi opplever når en ambulanse kjører forbi oss. Lyden får lavere tone blir når bilen har passert. (Illustrasjon: NASA/STScI)"
"Lys fra stjerner som nærmer seg blir sammentrykket og dermed blåere. Lys fra stjerner som fjerner seg blir strukket og dermed rødere. Denne såkalte dopplereffekten brukes for å måle hastighetene i galakser og stjernehoper. Effekten er lik den vi opplever når en ambulanse kjører forbi oss. Lyden får lavere tone blir når bilen har passert. (Illustrasjon: NASA/STScI)"



Fra Jorden kan vi derfor være vitner til hvordan en kulehop og sorte hull dannes og hvordan disse i sin tur smelter sammen til et middels tungt hull. Vi må imidlertid være ganske tålmodige. Det hele vil ta rundt en million år. Det er gansk kort tid i kosmisk sammenheng, men ganske lenge for oss mennesker…



Dannelsesprosessen vil dessuten være meget farlig for livet på Jorden. Se lenker under.

Les mer…

Om sorte hull på nettstedet til Institutt for teoretisk astrofysikk, UiO
Det farligste objektet i kosmos
Ny kulehop i nabolaget
Mer om sorte hull
Pressemelding fra STScI