Kom sorte hull før stjernene?

Hvordan ble Universet til? Hva kom først; galaksene fulle av stjerner eller de sorte hullene i galaksenes sentrum? Nye observasjoner kan tyde på at sorte hull kom først.

I dagens univers finner vi aldri supermassive sorte hull som ligger alene i verdensrommet. De er alltid innhyllet i en galakse med ufattelig mange stjerner. Astronomene har imidlertid lenge lurt på hva som kom først; de sorte hullene eller stjernene som omkranser dem.

Et nytt bilde av kvasaren rundt det fjernest beliggende sorte hull vi har funnet, tyder på at det oppstod uten særlig mange stjerner tilstede.

Hvordan ble alt til?

Til fots er det langt å gå fra Oslo til Drammen. For ikke å snakke om å komme seg ned til Italia eller Spania. Selv med fly er det en drøy tur til Australia. Selv med et ruteflys fart ville det ha tatt nærmere 20 år til Solen, uten mellomlandinger.

Til nærmeste stjerne er det omtrent 240 000 ganger lenger enn til Sola - og det er den nærmeste stjernen i vår egen galakse, som inneholder flere hundre milliarder stjerner. Og det finnes mer enn hundre milliarder galakser.

Hvordan ble alt dette til? Mennesker har lurt på det til alle tider, og de forskjelligste svar har blitt foreslått i forskjellige kulturer og religioner. I dag er det astronomer som står for den vitenskapelige utforskningen av temaet.

Siden det ligger så langt unna, har det også tatt lyset lang tid å nå oss. Så ved å observere dette systemet, ser vi også så langt tilbake som 900 millioner år etter Big bang.

Det gir oss et glimt inn i “The Dark Ages”, en periode som vi ellers har vanskelig med å få data fra. “The Dark Ages” varer fra omtrent 300 000 år til en milliard år etter Big bang.

Dark Ages

- Her kommer vi inn på et av de mest sentrale områder i dagens astronomi, sier professor Per Barth Lilje ved astrofysisk institutt, Universitetet i Oslo.

- Når vi ser så langt tilbake kommer vi til de såkalte “dark ages”, hvor de første strukturer i Universet ble til. Og hvordan de ble til er en av de største gåtene i astronomien.

- Alt tyder på at de fleste galakser ble til da Universet var mellom ett og fem milliarder år gammelt. Men byggesteinene ble laget mye tidligere, sier Lilje til forskning.no.

Fast forhold mellom galakser og deres sentrale sorte hull

I de fleste galakser er det et supermassivt sort hull i midten. Uavhengig av galaksens størrelse, ser det ut til at galaksens masse har et fast forhold til det sorte hullets masse.

Nærmere bestemt ser det ut til at galaksens masse er omtrent 500 ganger større enn massen til det sorte hullet som hører til.

Dette forholdet gir et hint om at det var en kobling mellom utviklingen av galakser og utviklingen av sorte hull da Universet var ungt. Men hva kom først?

Kvasarer

Nylig har man funnet flere kvasarer, kjerner av galakser som lyses kraftig opp av den massen som oppvarmes fordi den dras inn i et sort hull, som er så gamle at man mener det ikke var blitt formet massive hoper av stjerner ennå.

"Kvasarer. Sorte hull river i materien som omkranser dem og drar alt inn i hullet. Bevegelse er varme, og materien varmes opp så den lyser. Denne friksjonen kan omdanne omtrent halvparten av massen til energi, og er dermed langt mer effektiv enn kjernefusjon som bare klarer noen få prosents effektivitet. Den lysende materien kaller vi kvasarer. Kvasarer er de mest energirike objekter vi kjenner, og kan lyse sterkere enn 100 kjempegalakser til sammen. Derfor kan vi observere dem over enorme avstander."
"Kvasarer. Sorte hull river i materien som omkranser dem og drar alt inn i hullet. Bevegelse er varme, og materien varmes opp så den lyser. Denne friksjonen kan omdanne omtrent halvparten av massen til energi, og er dermed langt mer effektiv enn kjernefusjon som bare klarer noen få prosents effektivitet. Den lysende materien kaller vi kvasarer. Kvasarer er de mest energirike objekter vi kjenner, og kan lyse sterkere enn 100 kjempegalakser til sammen. Derfor kan vi observere dem over enorme avstander."

Og det kan tyde på at de sorte hullene oppstod før galaksene.

Nå har et team ledet av Fabian Walter ved Max Planck-instituttet observert varm gass av karbonmonoksid som omkretser den fjerneste kvasaren vi hittil har funnet.

Det eldgamle sorte hullet

Kvasarer kan sende ut mer energi enn 100 kjempegalakser til sammen og er de mest energirike objektene vi kjenner til. Energiutstålingen skyldes at materie blir dratt og slitt inn i et supermassivt sort hull.

Selv om systemet Walter og hans kolleger har observert totalt sett har en masse på omtrent 50 milliarder ganger mer enn vår egen sol, er det sorte hullet også så stort at massen som omgir det bare er mellom ti og 50 ganger større enn hullets masse.

Oppstod sorte hull før galaksene?

Og det er jo langt unna den faste proporsjonen vi kan se i Universet opp mot vår egen tid, hvor galaksen inneholder omtrent 500 ganger mer masse enn galaksens sentrale sorte hull.

"Professor Per B Lilje."
"Professor Per B Lilje."

- Observasjoner og teoretiske modeller begynner å peke i samme retning, nemlig at sorte hull oppstod før galaksene rundt dem, sier astronomen Karl Gebhardt til Science.

Setter krav til kosmologisk teori

Gebhardt er likevel ikke sikker på om dagens metoder er tilstrekkelige til å anslå massen til så fjerntliggende systemer av sorte hull, og ønsker derfor enda flere observasjoner.

- Spørsmålet nå er om de sorte hullene i galaksekjernene virkelig ble dannet før de omkringliggende galaksene, og i tilfelle hvilken betydning dette har for dannelsen av galakser, sier Lilje.

Lilje ser derfor frem mot det nye teleskopet JWST som NASA og ESA planlegger sammen, og som vil gjøre det lettere å se så langt tilbake i tiden. Det planlegges ferdig i 2011.

- Det at slike enorme objekter dannet seg på mindre enn en milliard år vil dessuten sette strenge føringer for kosmologisk teori, sier Lilje.

Referanse:

F. Walter m fl: Resolved Molecular Gas in a Quasar Host Galaxy at Redshift z=6.42 (abstract, med lenke til full tekst), Astrophysical Journal letters, November 2004

Lenker:

Start With Black Hole, Then Add Stars

How Black Holes Grow Up (og om forholdet mellom det sorte hullets masse og dens galakses masse)

Distant Quasars Probe End of Cosmic Dark Ages

Kvasarer

Black hole

Quasar

A Quasar Portrait Gallery

JWST Homepage

Powered by Labrador CMS