Ett svart hål ses kasta ut material var 8,5e dag

 

Astronomer vid MIT (Massachusetts Institute of Technology), Italien, Tjeckien med flera länder har nyligen upptäckt att ett tidigare inaktivt svart hål, som finns i centrum av en galax cirka 800 miljoner ljusår bort som oväntat fick ett utbrott och sedan dess avger gasplymer var 8,5:e dag och däremellan återgår till sitt inaktiva tillstånd.

Det periodiska fenomenet är ett nytt beteende som inte har observerats tidigare från svarta hål. Astronomerna tror att den mest sannolika förklaringen till utbrotten kommer från ett andra mindre svart hål som snurrar runt det större centrala, supermassiva svarta hålet och  resulterar i att materia från det större svarta hålets gasskiva kastas ut var 8,5:e dag. (troligen då materia ifrån det mindre svarta hålet som finns i det större svarta hålets ackretionsskiva  då detta kommer för nära det större hålet ger en raktion så materia slungas iväg från skivans omgivning) Signalen liknar den som astronomer ser när en planet i omloppsbana passerar framför sin värdstjärna och kortvarigt blockerar stjärnans ljus. Men ingen stjärna skulle kunna blockera ett utbrott i en galax centrum.

Forskarlagets resultat, som publicerats i dagarna i tidskriften Science Advances, utmanar den gängse bilden av svarta håls ackretionsskivor, som forskare har antagit är relativt enhetliga skivor av gas som roterar runt ett centralt svart hål.

 De nya resultaten tyder på att ackretionsskivorna kan ha ett mer varierat innehåll och att de kan innehålla andra svarta hål och även stjärnor.

– Vi trodde att vi visste mycket om svarta hål, men det här säger oss att det finns mycket mer att lära, beskriver Dheeraj "DJ" Pasham, forskare vid Kavliinstitutet för astrofysik och rymdforskning vid MIT. "Vi tror att det finnas många fler system av detta slag och vi behöver samla in mer data för att hitta dem."

 Bild https://news.mit.edu/ En datorsimulering av ett svart hål med medelstor massa som kretsar kring ett supermassivt svart hål, och som driver ut periodiska gasplymer något som kan förklara observationerna som beskrivs ovan.Upphovsman: Petra Sukova, Astronomiska institutet vid CAS

Det äldsta kända svarta hål vi känner till.

 

Ett internationellt forskarlag under ledning från University of Cambridge, använde NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (JWST) då de upptäcka det svarta hål som nu daterats existerat redan 400 miljoner år efter big bang (för mer än 13 miljarder år sedan).

Det är förvånande att massiva svarta hål av denna storlek av några miljoner gånger solens massa existerar så tidigt i universums historia. Det utmanar teorin om hur svarta hål bildas och växer. Astronomer tror att de supermassiva svarta hålen som finns i mitten av galaxer som Vintergatan tog miljarder år för att växa till sin nuvarande storlek. Men storleken på detta upptäckta svarta hål tyder på att de kan ha bildas relativt fort efter BigBang kanske de blivit stora redan då de bildades eller dragit till sig materia i en takt fem gånger högre än vad man tidigare ansett vara möjligt.

Enligt standardmodellen bildas supermassiva svarta hål från resterna av döda stjärnor som kollapsat och då efterhand fått en massa ungefär hundra gånger större än solens.

Om det nu upptäckta svarta hålet växt på ett förväntat sätt skulle det tagit ungefär en miljard år att växa till sin observerade storlek. Men universum var ännu inte en miljard år gammalt när detta svarta hål upptäcktes.

"Det är väldigt tidigt i universum att se ett så här massivt svart hål, så vi måste överväga andra sätt som det kan ha bildats på", beskriver Maiolino vid Cambridges Cavendish Laboratory och Kavli Institute for Cosmology. "Mycket tidiga galaxer var extremt gasrika, så de skulle ha varit mycket för svarta hål att kunna dra till sig mycket gas mycket snabbt."

Liksom alla svarta hål slukar detta unga svarta hål material från sin värdgalax för att driva sin tillväxt. Detta uråldriga svarta hål har visat sig sluka materia mycket kraftigare än liknande svarta hål denna tid.

Ovan studie rapporterades i tidskriften Nature.

Bild vikipedia Grafisk representation av universums ursprung från Big Bang.

Det kan finnas ett svart hål inuti solen.

 

Om ett svart hål slukade vår sol skulle vi ha ungefär 8 minuter på oss innan det uppmärksammas av oss och vi försvinner in i historien. Men anta istället att solen svalde ett litet ursprungligt svart hål? Då blir saker och ting intressanta.

Ursprungliga svarta hål är hypotetiska svarta hål som bildades under universums första tid. Till skillnad från svarta hål med stjärnmassa eller supermassiva svarta hål skulle ursprungliga svarta hål vanligtvis vara små med en massa som är ungefär lika stor som en asteroid till en storlek mindre än en baseboll. De dyker upp i vissa teoretiska modeller och har använts för att försöka förklara allt från mörk materia till en avlägsen planet X. Många modeller visar att ursprungliga svarta hål är vanliga och blir det oundvikligt att en stjärna så småningom skulle fånga ett. Stjärnor med ett svart hål i sitt centrum kallas Hawkingstjärnor (det är teoretiska stjärnor).

Som artikeln i arXiv visar skulle ett infångat ursprungligt svart hål till en början nästan inte ha någon effekt alls på en solliknande stjärna. Jämfört med solens massa kan en asteroids massa lika gärna vara ett dammkorns. Även om det var ett svart hål skulle det inte snabbt kunna konsumera mycket av solen och växa till sig. Men det skulle påverka saker och ting över tid. Ett svart hål i en stjärna skulle förbruka materia i stjärnans kärna och växa med tiden. Om det kunde växa snabbt på en kosmologisk skala, skulle den kunna sluka en stjärna helt och hållet. Om inte, kan det däremot påverka stjärnans utveckling och slut.

 Studien visar att det till stor del handlar om den ursprungliga storleken på det ursprungliga svarta hålet. För de som befinner sig i det största massområdet som inte utesluts av observationer, omkring en miljarddel av en solmassa, skulle de i princip kunna sluka en stjärna på mindre än en halv miljard år. Om detta har hänt borde det finnas svarta hål med solmassa där ute som är för små för att ha bildats från supernovor likt traditionella svarta hål.

Om det ursprungliga svarta hålet är mycket mindre, säg mindre än en biljondel av en solmassa, blir saker och ting mer komplicerade. Det lilla svarta hålet skulle förtära en del materia inuti stjärnan, men inte i snabb takt. Det skulle däremot värma upp solen mer än enbart fusion gör. Som ett resultat av detta skulle en stjärna kunna svälla till en "röd sol" som skulle vara kallare och rödare än vanliga röda jättestjärnor. All denna turbulens i kärnan kan då också påverka aktiviteten på stjärnans yta. Effekterna skulle vara subtila men författarna till artikeln föreslår att närvaron av ett ursprungligt svart hål skulle kunna ses genom stjärnseismologi.

Baserat på helioseismologiska studier författarna insett att det  nästan säkert inte finns ett svart hål i vår sol. Om det likväl finns skulle det vara ytterst litet.

Men kanske finns det några Hawking-stjärnor där ute som vi finner en dag.

Inlägget är sammanfattning  av en artikel i https://www.universetoday.com vilken i sin tur är en sammanfattning av en artikel i arxiv.

Caplan, Matthew E., Earl P. Bellinger, and Andrew D. Santarelli. “Is there a black hole in the center of the Sun?” arXiv preprint arXiv:2312.07647 (2023

Bild vikipedia. Solens beräknade livscykel illustrerad som en tidslinje med solens olika faser.

Astronomer har hittat de första tecknen på ett svart håls uppkomst

 

Astronomer kan ha upptäckt de första bevisen av de första massiva svarta hålen i det tidiga universum. Galaxer som i har sådana svarta hål kallas Outsize Black Hole Galaxies (OBGs).

Dessa första svarta hål kan hjälpa forskare att förstå hur vissa supermassiva svarta hål med massor motsvarande miljoner upp till miljarder gånger solens massa kunde vuxit tillräckligt snabbt för att existera mindre än 1 miljard år efter Big Bang.

Svarta hål med massor upp till runt 40 miljoner gånger solens tros bildas vid direkt kollaps av ett massivt moln av gas till skillnad från typiska svarta hål som blir till när en massiv stjärna når slutet av sitt liv och kollapsar under sin egen gravitation.

Men eftersom de senare nämnda svarta hålen beräknas ha kommit till miljarder år efter BigBAng är upptäckten av liknande supermassiva svarta hål som existerade redan 500 miljoner år till bara någon miljard år efter Big Bang utmanande att förstå. Dessa som man antar kommit till genom  kollaps av massiva gasmoln  borde det inte ha funnits tid till  för att resultera i  gigantiska svarta hål. Ändå är det precis vad astronomer som studerar det tidiga universum med James Webb teleskopet och andra instrument har hittat. En teori är att dessa svarta hål fick ett försprång i sina massauppsamlingar genom att växa till från mindre svarta hål.

Kanske flera små håls sammanslagningar är orsaken. Men var dessa kom från eller bildades ur blir dock en olöst gåta. Vad kom först ett svart hål eller universum? 

Det finns två dominerande teorier (ovan i kursiv stil är min). Å ena sidan föreslår experter att supermassiva svarta hål kan ha vuxit från mindre svarta hål med massor runt 10 till 100 gånger solens. Dessa svarta hål skulle teoretiskt bli till via standardmekanismen för skapandet av svarta hål av stjärnmassa, nämligen avslocknandet och kollapsen av universums första generation av stjärnor.

Å andra sidan kan tidiga supermassiva svarta hål ha bildats direkt av kollapsen av massiva gasmoln av materia och därmed hoppa över "stjärnstadiet" (det som sker med avslocknande stjärnor av viss storlek). Astronomer kallar sådana svarta hål som direktkollapsat till svarta hål DCBH (Direct collapse black hole). 

Dessa DCBH kan sedan ha växt genom galaxers sammanslagningar, som var vanliga i det tidiga universum som också skulle medföra tillgång på gas och stoft och därmed växa till i storlek. Så småningom kan flera svarta hål ha kolliderat och smält samman  och ökat sin storlek.

Men det behövs fortfarande mycket mer forskning  innan en population av tunga tidiga mindre  svarta hål kan bekräftas finnas och deras koppling till supermassiva svarta hål i det tidiga universum kan fastställas, men nuvarande fynd representerar åtminstone ett steg i den riktningen.

Eftersom JWST troligast upptäcker fler ackumulerande svarta hål under den kommande tiden planerar vi att analysera dessa källor, undersöka möjliga röntgenmotsvarigheter med Chandra och utveckla en djupare förståelse för OBG , beskriver forskarlaget. Teamets forskning har skickats till Astrophysical Journal Letters och publiceras för närvarande på pappersarkivet arXiv.

Bild vikipedia Animerad simulering av ett Schwarzschild svart hål med en galax som passerar bakom. Runt tidpunkten för inriktningen observeras extrem gravitationlinsning av galaxen.

Det äldsta aktiva svarta hål som upptäckts ”CEERS 1019”

 

Astronomer har upptäckt det avlägsnaste aktiva supermassiva svarta hål som man hittills hittat, Det gjordes med hjälp av James Webb Space Telescope. Det finns i Galaxen, CEERS 1019, som  existerade redan drygt 570 miljoner år efter bigbang.  Detta svarta hål är mindre massivt än något annat som identifierats i det tidiga universum.

Man upptäckte ytterligare (mer om dessa nedan) två svarta hål vilka fanns redan för 1 och 1,1 miljarder år efter big bang. Webb identifierade ytterligare elva galaxer som fanns redan när universum var endast 470 till 675 miljoner år gammalt. Fynden inom projektet  Webbs Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, under ledning av Steven Finkelstein vid University of Texas i Austin. CEERS är ett projekt där man kombinerar Webbs detaljerade mellaninfraröda bilder och spektraldata som samlats in av andra teleskop. 

Galaxen CEERS 1019 är inte bara anmärkningsvärd i hur länge det är sedan den fanns utan också hur relativt litet dess svarta hål väger. Det har en massa av cirka 9 miljoner solmassor vilket är mycket mindre än andra svarta hål som upptäckts i det tidiga universum. Svarta hål  innehåller vanligtvis mer än 1 miljard gånger solens massa  och de är då lättare att upptäcka eftersom de är mycket ljusare då de drar till sig materia som får att det svarta hålen att lysa strakt.

Det svarta hålet i CEERS 1019 är likt det svarta hålet i mitten av vår galax Vintergatan vilket har en massa av 4,6 miljoner gånger solens. Detta svarta hål är inte heller lika ljusstarkt som mer massiva svarta hål. Även om CEERS 1019 svarta hål   inte är stort existerade det (inget säger att det inte existerar än i dag) mycket tidigt i universums historia  och det är svårt att förklara hur det kunnat bildats så snart efter att universum uppkom.

Forskare har länge vetat att mindre svarta hål måste ha funnits tidigt i universum, men det var inte förrän Webb började arbeta man fann dem. CEERS 1019 kanske bara kan hålla detta rekord i några veckor - påståenden om andra, mer avlägsna svarta hål som identifierats av Webb granskas för närvarande av det astronomiska samfundet.

Kan det vara så att de svarta hålen var början på stjärn- och galaxbildning?  Att de fanns redan innan någon stjärna kom till.

Teamet fann att i galaxen CEERS 1019 sker stor stjärnbildning. De analyserade bilderna för att försöka finna ledtrådar till varför. Visuellt framstår CEERS 1019 som tre ljusa klumpar och inte som en enda cirkulär skiva.

Vi är inte vana vid att se så mycket struktur i bilder från dessa avstånd, beskriver CEERS teammedlem Jeyhan Kartaltepe från Rochester Institute of Technology i New York. Först med Webbteleskopet blev det möjligt. En galaxfusion kan eventuellt vara förklaringen till aktiviteten i galaxens svarta hål och den stora stjärnbildningen.

Teammedlemmen Dale Kocevski vid Colby College i Waterville, Maine, och teamet i övrigt upptäckte ytterligare ett par små svarta hål i data (nämnda ovan). Det första, inom galaxen CEERS 2782, var lättast att finna. Det finns inget damm som döljer Webbs syn till detta, så forskare kunde omedelbart avgöra när detta svarta hål existerade i universums historia - bara 1,1 miljarder år efter big bang. Det andra svarta hålet, i galaxen CEERS 746 fanns tidigare, 1 miljard år efter big bang.

Liksom det i CEERS 1019 är dessa två svarta hål lätta åtminstone jämfört med tidigare kända supermassiva svarta hål på dessa avstånd. De innehåller ungefär 10 miljoner gånger solens massa. Forskare har länge ansettt att det måste finnas svarta hål med mindre massa i det tidiga universum än i senare svarta hål. Webb är det första teleskopet som upptäcka detta så tydligt, säger Kocevski. Före Webb var alla ovan tre nämnda svarta hål för svagt lysande för att deras svarta hål skulle upptäckas. Med andra teleskop än Webb ser dessa galaxer ut som vanliga stjärnbildande galaxer inte med aktiva supermassiva svarta hål i dess centrum, beskriver Finkelstein. I dessa galaxer bildas snabbt stjärnor men de är ännu inte lika kemiskt berikade som galaxer som ligger mycket närmare oss i tid och rum. Denna uppsättning, tillsammans med andra avlägsna galaxer som vi säkert  kommer att  identifiera i framtiden kan förändra vår förståelse av stjärnbildning och galaxutveckling.

Bild vikimedia Astronomer har använt rymdteleskopet Hubble och tagit den mest omfattande bild som någonsin tagits av universum under dess utveckling – och en av de mest färgstarka. Studien kallas Ultraviolet Coverage of the Hubble Ultra Deep Field (UVUDF) -projektet.

Ett svart hål tändes

 

Ett team astronomer under ledning av forskare vid University of Birmingham, University College London och Queen's University Belfast har upptäckt en av de mest dramatiska händelserna från ett svart hål som setts hittills. Upptäckten presenterades tisdagen den 4 juli  2023 vid National Astronomy Meeting i Cardiff och kommer att publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Det svarta hålet J221951-484240 även känt som J221951 finns ca 10 miljarder ljusår bort och är en av de mest lysande transienter (astrofysiska objekt som ändrar sin ljusstyrka under en kort tidsperiod) som registrerats. Förändringen upptäcktes av Dr Samantha Oates, astronom vid University of Birmingham och hennes team i september 2019. Teamet använde Ultra-Violet and Optical Telescope som finns på Neil Gehrels Swift Observatory  för att leta efter kilonovor men fann något annat (två neutronstjärnor som smälter eller en neutronstjärna som sammanslås med ett svart hål). En kilonova är vanligtvis blå vid sammanslagningen och blir mer röd i färgen under en tidsskala av dagar. Men istället för en kilonova fann de det svarta hålet J221951 som finns 10 miljarder ljusår från oss. Detta objekt var även det blått. Men ändrade inte färg eller bleknade vilket en kilonova skulle gjort. 

Flera teleskop användes nu för att följa upp J221951 med syftet att  hitta lösningen på  vad som skedde där och vad det var. Man använde  NASA:s rymdteleskop Swift/UVOT, Hubbleteleskopet, det sydafrikanska stora teleskopet och ESO-anläggningar som Very Large Telescope och GROND-instrumentet på MPG/ESO:s 2,2-metersteleskop på La Sillaobservatoriet.

Ett spektrum av J221951 sken togs med rymdteleskopet Hubble och genom att undersöka ljusspektrumet kunde Dr Oates och hennes team bestämma att källan är cirka 10 miljarder ljusår bort, i motsats till en gravitationsvågsignal som även upptäcktes som visade sig vara mindre än 0,5 miljarder ljusår bort. Det faktum att den lyser så starkt på så stort avstånd gör J221951 till en av de mest lysande transienter som någonsin upptäckts.

Bevis tyder på att ljuskällan J221951 var ett supermassivt svart hål som livnärde sig på omgivande material i hög hastighet. En röd galax observerades vid platsen och J221951 överensstämmer med galaxens centrum där ett massivt svart hål antas finnas (alla galaxer antas ha ett svart hål i sina centrala delar). Det började lysa mycket plötsligt - cirka 10 månader före att den upptäcktes vara ett svart hål - vilket innebar att det svarta hålet började matas mycket snabbt efter att ha varit lugnt.

Det ultravioletta spektrumet visar absorptionsegenskaper som överensstämmer med materia som skjuts utåt genom en enorm frisättning av energi. Detta, i kombination med den höga ljusstyrkan  gör detta till en av de mest dramatiska aktivitetsstarter av ett svart hål som någonsin setts.

Teamet har identifierat två möjliga mekanismer som kan förklara detta extrema utkast från ett supermassivt svart hål. Den första är att det kan ha orsakats av en tidvattenstörning - störningen från en stjärna som passerar nära det supermassiva svarta hålet. Den andra att det kan ha producerats av en aktiv galaktisk kärna som "ändrar tillstånd" från vilande till aktivt. J221951 (namnet var först på ett starkt ljussken man inte visste källan till) och skulle då vara tecken på att ett vilande svart hål i mitten av galaxen börjat dra till sig på material från en ackretionsskiva. 

Dr Matt Nicholl, en medlem av teamet från Queen's University Belfast, beskriver det som att: Vår förståelse för de olika saker som supermassiva svarta hål kan göra har expanderat kraftigt de senaste åren med upptäckter som stjärnor som slits sönder och dras in i svarta hål och då ger enormt varierande ljusstyrkor. J221951 är ett av de mest extrema exemplen hittills på ett svart hål som överraskat oss. Fortsatt övervakning av J221951 för att räkna ut den totala energifrisättningen kan göra det möjligt att få veta om detta är en tidvattenstörning från en stjärna vid ett snabbt snurrande svart hål, eller en ny typ av påslagning av aktivitet av ett svart hål..

Bild vikipedia. De så kallade kilonovorna som nämns ovan är intressanta objekt därför tyckte jag att följande bild var intressant. som visar en konstnärs intryck av neutronstjärnor som smälter samman, producerar gravitationsvågor och resulterar i en kilonova.

Korta jetstrålar sprids från Vintergatans svarta hål.

 

In mot mitten av Vintergatan i synligt ljus, 25000 ljusår från jorden finns ett område som är dolt för insyn av stora gasmoln och damm.  Likväl kan sonder se in här på andra våglängder än synligt ljus in mot det supermassiva svarta hål, kallat Sagittarius A* som finns där. Detta har ungefär 4 miljoner gånger större massa än solen.

I början av 1980-talet använde astronomen Farhad Yusef-Zadeh vid Northwestern University i Illinois ett radioteleskop och upptäckte då där gigantiska endimensionella strålningsfilament av radiovågor som dinglade vertikalt nära Sag A *. Fredagen  den 2 juni 2023 meddelades från  Northwestern university  att Yusef-Zadeh nu hade sett något nytt. Han hade analyserat hundratals filament längs det galaktiska planet (trådar synliga i radiovåglängbandet) av en storlek mellan 5 till 10 ljusår. Dessa trådar breder ut sig som ekrar på ett hjul från det svarta hålet.

Yusef-Zadeh kommenterade: Det var en överraskning att plötsligt hitta en ny population av strukturer som verkar peka i riktning mot det svarta hålet. Vi var tvungna att göra mycket analysarbete för att fastställa att vi inte misstaget oss.

Genom att studera dem kunde vi lära oss mer om det svarta hålets spinn- och ackretionsskivans runt hålets orientering. Det är tillfredsställande när man finner ordning mitt i ett kaotiskt fält som kärnan av vår galax.

Studien bygger på fyra decennier av Yusef-Zadehs forskning. Efter att först ha upptäckt de vertikala filamenten 1984 tillsammans med Mark Morris och Don Chance, avslöjade Yusef-Zadeh tillsammans med Ian Heywood och deras medarbetare senare två gigantiska radioemitterande bubblor nära Sagittarius A*.

 I en serie publikationer 2022, avslöjade Yusef-Zadeh (i samarbete med Heywood, Richard Are not och Mark Wardle) nästan 1000 vertikala filament i par och kluster ofta staplade lika åtskilda eller sida vid sida som strängar på en harpa. Yusef-Zadeh tillskriver hopen av nya upptäckter till förbättrad radioastronomiteknik, särskilt det sydafrikanska radioastronomiska observatoriets (SARAO) MeerKAT-teleskop.

Medan både de vertikala och horisontella populationerna består av endimensionella filament som kan ses i radiovågfältet och verkar vara knutna till aktiviteter i centrum av vintergatans svart hål slutar likheterna där.

De vertikala filamenten är vinkelräta mot det galaktiska planet. De horisontella filamenten är parallella med planet men pekar radiellt mot mitten av galaxen där det svarta hålet finns. De vertikala filamenten är magnetiska och relativistiska. De horisontella filamenten verkar avge termisk strålning. De vertikala filamenten omfattar partiklar som rör sig med hastigheter nära ljusets hastighet. De horisontella filamenten verkar accelerera termiskt material i ett molekylmoln.

Det finns flera hundra vertikala filament och bara några hundra horisontella filament.

Och de vertikala filamenten,  mäter upp till 150 ljusår, överträffar stort storleken på de horisontella filamenten, som , mäter en längd av 5 till 10 ljusår. De vertikala filamenten pryder rymden runt vintergatans centrum; De horisontella filamenten verkar sprida sig till endast en sida och pekar mot det svarta hålet.

Yusef-Zadeh beskriver vidare det som: En av de viktigaste implikationerna av radiellt utflöde som vi har upptäckt är orienteringen mot ackretionsskivan och det jetdrivna utflödet från Sagittarius A* längs det galaktiska planet.

Den nya upptäckten är fylld med okändheter och Yusef-Zadehs arbete med  att lösa dessa mysterier har just börjat. För närvarande kan han bara överväga en rimlig förklaring om mekanismer och ursprung. Han beskriver i studien: Vi tror att de måste ha sitt ursprung i någon form av utflöde från en aktivitet som hände för några miljoner år sedan. Det verkar vara resultatet av en interaktion mellan det utflödande materialet och föremål nära det.

Astrophysical Journal Letters publicerade studien den 2 juni 2023. Studien har titeln. The study is titled The population of the galactic center filaments: Position angle distribution reveal a degree-scale collimated outflow from Sgr A* along the galactic plane.

Jag tror det är elektromagnetiska störningar eller effekter är det som ses men vad som orsakar eller orsakat dem kan diskuteras. Kanske det har ett samband med fermi bubbles som visar på  händelser vid det svarta hålet för miljoner år sedan.

Bild https://earthsky.org/ som visar en ny vy mot centrum av  Vintergatan taget av  radioteleskopet MeerKAT i Sydafrika. Färgkodningen visar positionsvinklarna för de mystiska Vintergatan-filamenten, som kan ses breda ut sig som ekrar på ett hjul från vår galax centrala supermassiva svarta hål, Sagittarius A*. Bild via MeerKAT / Northwestern University.

Är det en stjärna bestående av mörk materia som hittats?

 

Astronomer trodde länge att ett märkligt stjärnsystem som observerats av Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit var vanlig stjärna  kretsande kring ett svart hål. 

Tyvärr framgår det inte om det är forskare vid ESA European space agency som gjort upptäckten med Gaia eller om det var någon annan som analyserade Gaiadata.

 Men två astronomer det påståendet och finner att det tyder på något mycket konstigare: möjligen en aldrig tidigare sedd typ av stjärna bestående  av osynlig mörk materia. Deras forskning, som ännu inte har granskats, publicerades den 18 april på förtrycksservern arXiv. 

Stjärnan det handlar har en mindre massa än solen (0,93 solmassa) och  ungefär samma kemiska innehåll som vår sol. Dess mystiska följeslagare (det man misstänker är en stjärna av mörk materia) är massivare cirka 11 solmassor. Objekten kretsar runt varandra på ett avstånd av 1, 4 astronomiska enheter, ungefär det avstånd på vilket Mars kretsar om solen vilket gör en omloppstid av 188 dagar. Frågan är vad den mörka följeslagaren är. En möjlig förklaring är att det är ett svart hål enligt de tidigare forskare som teoretiserat om det.

 Även om det lätt skulle passa in som svart hål genom  observationsresultaten har den hypotesen  utmaningar. Svarta hål bildas från avslocknade massiva stjärnor. Även om det inte är helt omöjligt att det är ett svart hål efter efter slocknad stjärna  kräver det scenariot en extraordinär mängd finjusteringar för att få det att stämma här då händelseschemat för  att det hänt och resulterat i  det i ett dubbelstjärnsystem som hållit samman i miljoner  år  är svår att förklara.

Så forskarna föreslår i studien att det mörka objektet kanske  är något  mer unikt. Kanske  en klump partiklar bestående av mörk materia.

Mörk materia är en osynlig form av materia som utgör den stora majoriteten av massan i varje enskild galax (och universum som helhet). Vi vet fortfarande inte vad det är. De flesta teoretiska modeller antar att mörk materia är jämnt fördelad i varje galax, men det finns teorier som visar att den kan klumpa ihop sig.

En  hypotes är  att mörk materia är en typ av boson. Bosoner är partiklarna som håller ihop naturens krafter; Till exempel är en foton en boson som bär den elektromagnetiska kraften. Medan vi bara känner till en begränsad uppsättning bosoner i standardmodellen för partikelfysik finns det i princip ingenting som hindrar att det i universum finns många fler typer av bosoner.

 Viktigast av allt dessa bosoner skulle ha förmågan att bilda stora klumpar. Några av dessa klumpar kan vara lika stora som hela stjärnsystem medan andra kan vara mycket mindre. De minsta klumparna av bosonisk mörk materia kan vara så små som stjärnor och dessa hypotetiska objekt har namnet bosonstjärnor. Boson-stjärnor skulle vara helt osynliga då mörk materia inte interagerar med andra partiklar eller med ljus så vi kan bara upptäcka dem genom dess gravitationspåverkan på omgivningen.

Forskarna påpekade att en enkel modell av mörk materia, skulle kunna producera tillräckligt med bosonstjärnor för att ge dessa resultat i Gaia-data troligt och ersätta ett förmodat svart hål med teorin att det är  en bosonstjärna i  en del fall skulle det kunna förklara viss observationsdata bättare.

Även om upptäckten av en bosonstjärna är osannolik är den inte omöjlig,  enligt författarna av studien men av ovan fynd behövs  uppföljningsobservationer. Forskarna tillägger att det viktiga är att detta unika system ger oss en sällsynt möjlighet att studera beteendet av stark gravitation, så vi kan undersöka Einsteins allmänna relativitetsteori och se om den håller. För det andra, om det är en bosonstjärna, är detta stjärnsystem den perfekta  platsen för vidare studier.

För min del är jag övertygad om lösningen är att det är ett svart hål resterna av en kollapsad stjärna. Jag har inte lyckats utläsa var i universum fyndet ovan gjordes.

Inlägget har sitt innehåll utifrån Paul M. Sutters artikel i https://www.livescience.com/ för en tid sedan. Sutter är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York City.

Bild vikipedia Standardmodellens elementarpartiklar, av vilka bosonerna utgör de kraftförmedlande partiklarna och Higgs-partikeln.

Nej, detta är inte ett svart hål utan en defekt i själva universums struktur.

 

Ett lag av teoretiska fysiker har upptäckt en udda struktur i rumtiden som för en utomstående observatör ser ut som ett svart hål men vid närmare granskning kan vara defekter i själva universums struktur.

Einsteins allmänna relativitetsteori förutsäger förekomsten av svarta hål som bildas när  stora stjärnor kollapsar. Men samma teori förutsäger även att dessas centra är singulariteter innebärande att de bör ha oändlig densitet. Eftersom vi vet att oändlig densitet  inte kan bildas i universum, ser vi detta som ett tecken på att Einsteins teori är ofullständig. Men ännu har ingen bättre teori än Einsteins teori om gravitation sett dagens ljus. Mycket ska stämma innan ett paradigmskifte kan accepteras.

Men flera nya sätt finns att se på verkligheten bla annat är en stark kandidat strängteorin. 

I strängteorin är alla partiklar i universum mikroskopiskt små vibrerande slingor av strängar. För att stödja strängteorin utifrån det stora utbudet av partiklar och krafter som vi observerar i universum kan dessa strängar inte bara vibrera i våra tre rumsliga dimensioner. Istället måste det även finnas extra rumsliga dimensioner som är hoprullade på sig själva till mångfalder så små att de undgår vardaglig uppmärksamhet och experiment.

Den exotiska strukturen i rumtiden gav ett team av forskare vid LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) i USA  de verktyg de behövde för att identifiera en ny klass av objekt, något som de kallar en topologisk soliton. I sin analys fann de att dessa topologiska solitoner är stabila defekter i själva rumtiden. 

Dessa objekt  består inte av materia eller  krafter för att existera - de är lika naturliga i rumtidens tyg som sprickor är i is. Forskarna studerade dessa solitoner genom att undersöka beteendet av hur  ljus som skulle passera nära dem visades. Eftersom de är föremål för extrem rumtid böjer de rum och tid runt dem vilket påverkar ljusets väg. För en avlägsen observatör skulle dessa solitoner se ut precis som vi förutspår att svarta hål ser ut. De skulle ha skuggor och ringar av ljus. Bilder härledda från Event Horizon Telescope av upptäckter gravitationsvågsignaturer skulle alla bete sig på samma sätt. 

Det är först om du kom nära dem som du skulle  förstå att det inte är ett svart hål. En av de viktigaste egenskaperna hos ett svart hål är dess händelsehorisont, en imaginär yta som om du skulle korsa den skulle göra dig oförmögen att fly därifrån. Topologiska solitoner är inte singulariteter, De har inte händelsehorisonter. Så du kan i princip komma intill  en soliton och röra den med handen förutsatt att du överlevde mötet. Dessa topologiska solitoner är dock hypotetiska objekt, baserade på vår förståelse om strängteorin. En teori vilket ännu inte har visat sig vara en accepterad uppdatering av vår förståelse av fysik. Dessa exotiska föremål fungerar dock som viktiga hypotetiska teststudier. Om forskarna kan upptäcka en viktig observationsskillnad mellan topologiska solitoner och  svarta hål, kan detta bana väg till att hitta ett sätt att testa om strängteorin stämmer.

För min del anser jag strängteorin en dag blir den gällande teorin inom fysik.

Bild från universetoday.com med texten översatt till svenska. Konstnärsvy av ett binärt svart hålsystem. Upphovsman: LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet)

Mysteriet med det skenande svarta hålet är löst

 

IC 5249 (är en tvärsnittspiralgalax som ligger cirka 109 miljoner från jorden  i stjärnbilden Tukanen. En studie utförd av ett team av forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har visat att den ovanligt tunna struktur av stjärnor, som nyligen upptäcktes av rymdteleskopet Hubbleteleskopet troligen är en galax som ses från dess tunnaste kant från jorden sett. Detta  går emot den ursprungliga tolkningen att det skulle varit  ett flyende supermassivt svart hål som lämnade efter sig ett spår av stjärnor i kölvattnet. Den nya tolkningen kommer från ett team av forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) publiceras i tidskriften Astronomy and Astrophysics Letters.

För min del anser jag att denna nya tolkning har rätt i sina slutsatser. För mer om hur man kom fram till resultatet se denna länk. 

Bild från https://www.iac.es/ av objektet observerat från rymdteleskopet Hubble. Det visar emissionen i den ultravioletta delen av spektrumet. Mitten: Ultraviolett bild av en lokal galax utan utbuktning och observerad kant-på (IC 5249). Likheterna är uppenbara. Nederst: Samma galax IC 5249 observerad i den synliga delen av spektrumet. De tre bildernas rumsliga skalor är identiska. Upphovsman: HST

Första bilden på hur ett svart hål kastar ut en jetstråle.

 

Astronomer har  för första gången tagit en a bild av ett svart hål då  det kastar ut en kraftfull jetstråle.

Bilden visar händelsen som skedde från det svarta hålet i centrum av galaxen Messier 87 (M87). Det  svarta hål som var det som blev först avbildat av människan. Bilden av det svarta hålet (första fotot av ett svart hål) togs av Event Horizon Telescope (EHT) i ett  samarbete under 2017 och presenterades 2019 för allmänheten och gav nobelpriset i Fysik 2020. /

Bilden ovan visar för första gången hur basen av en jetstråle rör sig med en hastighet som närmar sig ljusets från materia som virvlar runt ett svart hål ögonblicken innan materian dras ner i hålet.  En process som kallas ackretion. https://sv.wikipedia.org/wiki/Ackretionsskiva

Vid tidigare bildtagningar  av M87:s centrala svarta hål hade det lyckats få bild på jetstrålen det sänder ut och även på det svarta hålet självt. Men aldrig  de två funktionerna tillsammans. Därför är det en historisk bild  som nu tagits. M87 har en massa som är 6,5 miljarder gånger större än  solens och det finns 55 miljoner ljusår från jorden. 

Ovan nytagna  bild av M87 och utflödet av jetstrålen  togs med hjälp av data från 2018 från radioteleskopen Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Greenland Telescope och Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), som arbetade tillsammans för i att bilda ett virtuellt instrument av jordens storlek (ungefär som EHT-nätverket gör). 

De flesta eller alla stora galaxer antas numera ha massiva svarta hål i sitt centrum. En del av dessa svarta hål  likt det i mitten av M87 drar till sig stora mängder materia av gas och damm  och även stjärnor om de får möjlighet till detta.

Det resulterar i att de kastar ut kraftfulla strålar av materia som rör sig med nära ljushastigheten och kan sträcka sig många tusen ljusår ut från den galax där de finns. Hur dessa utkast går till och varför de sker är okänt, beskriver studiemedlem Ru-Sen Lu, från Shanghai Astronomical Observatory, det i teamets forskning som publicerades online den 26 april i tidskriften Nature.

Förutom att visa strålen då den spränger ut ur det svarta hålet visar bilden även vad forskare kallar skuggan av det svarta hålet. När materia rör sig runt det svarta hålet med nära ljusets hastighet genom ett enormt gravitationellt skeende värms materialet upp och lyser.

Det ger den ljusa gyllene ring som ses i EHT: s bilder av M87 och det supermassiva svarta hålet i centrum av Vintergatan, (Sagittarius A* (Sgr A*)). I mitten av denna glödande gyllene ring finns totalt mörker det är vad som kallas skuggan av det svarta hålet.

Med hjälp av nätverk av teleskop kommer astronomer nu att arbeta vidare för att bättre förstå hur inmatning av materia i svarta hål ger kraftfulla jetstrålar bestående av materia.

Vi planerar att observera området av det svarta hålet i centrum av M87 i olika radiovåglängder för att ytterligare studera jetstrålens emission. De kommande åren blir spännande eftersom vi då kommer att lära oss mer om vad som händer nära en av de mest mystiska regionerna i universum. beskriver Eduardo Ros, från Max Planck-institutet för radioastronomi det.

Bilden är från https://www.space.com/ och visar den kraftfulla jetstrålen som kommer från det supermassiva svarta hålet i hjärtat av galaxen Messier 87. (Bildkredit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

Stjärnor bildas i kölvattnet av ett vandrande svart hål.

 

Ett från Yale University-lett team  av astronomer har upptäckt ett som man tolkat det supermassivt svart hål som rusar iväg i en galax där det en gång hört hemma i dess centrum ut i tomheten med en hastighet av cirka 6000000 km/h. Flykten har tills nu pågått i 39 miljoner år och fortsätter. Varför det drog iväg från sin galax vet man inte.

Teamet som använde NASA: s rymdteleskop Hubble och WM Keck-observatoriet på Maunakea i Hawaii gjorde fyndet genom upptäckten av en ovanlig och mycket tunn, nästan rak strimma av unga stjärnor och chockad gas i kölvattnet av ett som man tolkat det svart hål.

Studien om fenomenet publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters.

Något liknande fenomen har aldrig tidigare setts någonstans i universum beskriver Pieter van Dokkum, professor i astronomi och fysik vid Yale University och huvudförfattare det i studien och tillägger. Vi har länge vetat att supermassiva svarta hål existerar och det har  förutspåtts i ca 50 år att de ibland skulle kunna kastas ut från den plats  de är. Om det nu kan bekräftas med detta fynd skulle detta bli det första beviset på ett skenande massivt svart hål.

Van Dokkums team upptäckte först den långa strängen av stjärnor med NASA: s rymdteleskop Hubble. För att få en närmare titt genomförde de uppföljningsobservationer med Keck-observatoriets Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) och Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES).

Data från Keckobservatoriet avslöjade att stjärnparaden uppmättes till ett 200000 ljusår långt stråk efter hålet och utgick från en kompakt aktiv stjärnbildande galax vars ljus tog cirka 7,6 miljarder år att nå jorden. Stjärnspåret är nästan hälften så ljusstarkt som galaxen det är kopplat till och i stjärnparaden som överflödas av stjärnor bildas än fler nya stjärnor.

Om det smala kölvattnet av stjärnor och gas verkligen skapas av ett svart hål som lossnat från sin sin plats i sin hemgalax har astronomer en trolig förklaring till dess ursprungshistoria.

Skeendet att först smälte två galaxer som båda innehöll ett supermassivt svart hål samman. Båda galaxerna hade ett svart hål i sitt centrum vilka smälte samman.  Det skedde genom att de först svepte runt varandra i en binär dans i mitten av den nyligen av två tidigare galaxer bildade nya galaxen. Då tränger ett tredje supermassivt svart hål från en annan galax på paret (måste vara unik händelse).

Trions interaktion med varandra skapas sedan en instabil situation som genererar tillräckligt med hastighet för att något av de svarta hålen torpederar ett av de tre svarta hålen (som då får fart och skenar ut i galaxen. 

Som ett nästa steg försöker van Dokkum och hans team nu bekräfta om deras upptäckt säkert är ett skenande svart hål; de har ansökt om tid på NASA: s James Webb Space Telescope och Chandra X-ray Observatory för att genomföra uppföljningsobservationer. Det låter uppseendeväckande om det stämmer. Men inget är omöjligt. Men om det inte stämmer vad är det då som sker, skett och varför?

Bild från ovan artikel från Keckobservatoriet. En panel som visar delar av spektra tagit med W. M. Keck-observatoriets LRIS-instrument som visar den ovanliga linjära funktionen som sträcker sig från galaxen vars ljus tog cirka 7,6 miljarder år att nå jorden. Upphovsman: V. Dokkum (Yale) / W. M. Keck-observatoriet.

Det största svarta hål som upptäckts

 

Astronomer har nyligen upptäckt ett svart hål i en storlek som aldrig tidigare setts.

Detta gigantiska svarta hål har en massa på 30 miljarder solar och finns i centrum av en galax  hundratals miljoner ljusår från jorden. Astronomer kallar det ett ultramassivt svart hål i motsats till de vanliga svarta hålen som väger någonstans mellan några miljoner till några miljarder solmassor.

Astronomer upptäckte det genom gravitationslinsning innebärande att tyngdkraften böjer ljuset runt extremt massiva föremål. Gravitationslinsning fungerar som naturens eget teleskop och hjälper astronomer se avlägsna ljuskällor förstorade än mer än ett specifikt teleskop klarar av. Läs här  hur det fungerar. 

Detta speciella svarta hål är ungefär 30 miljarder gånger mer massivt än vår sol och ett av de största som någonsin upptäckts och på den övre gränsen för hur stora vi tror att svarta hål teoretiskt kan bli, så det är en extremt spännande upptäckt beskriver James Nightingale, astrofysiker vid Durham University i Storbritannien och huvudförfattare till  studien det.

Studien publicerades onsdagen den 29 mars i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Teamet kom fram till storleken på det svarta hålet genom att analysera förstoringen av förgrundsobjektet i en serie bilder tagna av Hubble Space Telescope. Med hjälp av sofistikerad datormodellering kunde forskarna simulera hur mycket ljus som böjs runt förgrundsgalaxen (genom Gravitationslinsning) där det svarta hålet finns. De testade tusentals svarta hål av skilda storleksmodeller innan de kom fram till en lösning som matchade observationerna.

Det svarta hålet finns i en av galaxerna i galaxhopen Abell 1201 och är det första som upptäckts med denna teknik. Även om det är enormt är det inte särskilt aktivt vilket innebär att det inte sväljer mycket materia och därför inte producerar stark röntgenstrålning.

Bild Vikipedia av  A1201 BCG tagen av MUSE. Multi-unit spectroscopic explorer (MUSE) är en integralfältspektrograf installerad vid Very Large Telescope (VLT) vid Europeiska sydobservatoriet (ESO)

Ett ensamt svart hål sveper genom universum med stor stjärnbildning där det drar fram

 

Mycket massiva svarta hål finns i mitten av stora galaxer som Vintergatan. Där drar de till sig gas, stoft, stjärnor och allt annat som kommer för nära dem och blir därmed alltmer mer massiva med tiden. Men i sällsynta fall kan ett svart hål tvingas ur sin position och rusa ut i rymden. Svårt att förstå att så kan ske anser jag.  

I en ny artikel beskriver forskare från Kanada, Australien och USA hur ett sådant svart hål då rör sig genom rymden och skapar stora chockvågor som utlöser hög stjärnbildning.

Artikeln heter “A candidate runaway supermassive black hole identified by shocks and star formation in its wake.”” Huvudförfattaren är Pieter van Dokkum, professor i astronomi och fysik vid Yale University. I artikeln beskrivs hur ett svart hål kan kastas ut ur sin galax.

Det börjar med att två galaxer smälter samman efter att de dragits ihop av gravitationen. Det leder till  ett andra svart hål i centrum av den nu stora galaxen. Detta binära svarta hål kan bli mycket långlivat och finnas så länge som en miljard år innan det slutligen slås samman med det större av dem. Om ett tredje svart hål då under den tiden når det galaxens centrum, kan en trekroppsinteraktion (de tre svarta hålen kraschar samman) ge ett av de svarta hålen en hastighetsökning och detta kan då stötas bort från galaxen.

Men trots författarnas  teoretiska underlag är det svårt att hitta bevis på att dessa ensamma svart hål finns. Astronomer identifierade en av de bästa kandidaterna 2021, cirka 230 miljoner ljusår bort. De märkte en märklig rörelse och hastighet som indikerade på aktuella störningar i området. Men de kunde inte avgöra om det var en pågående galaxsammanslagning, ett binärt svart hålsystem eller en gravitationsvågsrekylhändelse.

Astronomer känner dock till ett par sätt att  identifiera ett skenande svart hål. Det första  är om hålet aktivt absorberar material  och då kan identifieras genom den ljusstyrka som då visar sig.

Ett andra sätt är genom stjärnmassan som det svarta hålet drar med sig. När ett svart hål kastas iväg från en galax centrum drar dess massiva gravitationskraft några stjärnor med sig.

Ett tredje sätt som astronomer kan känna igen ett skenande svart hål är genom den effekt det har på gasmoln i sin väg när det passerar genom gasen.

Ett skenande supermassivt svart hål kan leda till bildandet av ett spår av chockad gas och unga stjärnor bakom spåret", skriver författarna.  När ett svart hål färdas genom joniserat väte i universum produceras en chockfront av en lång slinga av gas likt en komets svans.  I denna svans av gas kan moln av chockad gas svalna och bilda stjärnor som  ser ut som knutar i slingans  spår.

Teoretiskt kan dessa skenande svarta hål finnas. Teoretiskt kan de bevisas existera. Men ännu har inget hittats därute. Kanske det likväl bara är i teorin de kan visas kunna existera. Inget vet.

Bild flickr.com tänkvärd bild på vad universum är, kom till och blev.

Finns Maskhål kan de förstora ljus med upp till 100000 gånger

 

Maskhål är ett svart hål i en form som saknar en singularitet i centrum vilket svarta hål annars har. De ser dock lika ut som ordinarie svarta hål. De är helt osynliga men förmörkar bakgrunden och oroar sitt närområde.  Maskhål beskrivs som en tunnel mellan två plana delar i rumtiden. Dessa delar kan ligga så långt från varandra att maskhålet till synes erbjuder en omedelbar genväg mellan de båda punkterna. De två delarna i rummet och tiden kan vara begränsat enbart av tidens början och kanske slut och rummets existens då det kom till och existerar i eller till.

Ett mindre team av astrofysiker anslutna till flera institutioner i Kina har hittat bevis som tyder på att om maskhål finns (vilket varit och är tveksamt för många) kan de förstora ljus med upp till 100000 gånger. I en artikel publicerad i tidskriften Physical Review Letters beskriver gruppen teorin de har utvecklat och möjliga användningsområden utifrån denna.

I tidigare teorier har det föreslagit att maskhål kan existera i universum som tunnlar av ett slag, som förbinder olika delar av universum. Vissa i fysiksamhället har föreslagit att det kan vara möjligt att korsa sådana tunnlar, vilket möjliggör snabbare resor än om man kunnat resa i ljusets hastighet.

Forskarna konstaterar att tidigare forskning även teoretiskt visat att svarta hål har en så stark gravitationskraft att de kan böja ljuset, ett fenomen som kallas mikrolinsning. De började då fundera på om även maskhål även de kan ge mikrolinsning. 

Att bevisa att maskhål orsakar mikrolinsning skulle även bevisa att maskhål finns. I sitt arbete upptäcktes det att teoretiskt skulle det vara möjligt att beräkna hur en elektrisk laddning i samband med ett maskhål skulle förvränga ljuset som passerar det. De fann teoretiska bevis för att maskhål-mikrolinsning skulle likna mikrolinsning vid svarta hål, vilket de då noterar skulle göra det svårt att urskilja svarta hål från maskhål.

Gruppen noterade också att tidigare forskning visat att svarta hål kan dela ljus som rör sig förbi dem och ge olika antal kopior av ett objekts ljus som finns bakom dem. Matematiken för ett maskhål å andra sidan antyder däremot att detta bara skulle kunna generera tre kopior av en bild bakom hålet - två likartade och svaga och en ljusstark. Och om sådana kopior finns ger det enorm förstoring - forskarnas beräkningar visade på förstoring med så mycket som 100000 gånger - mycket mer än vad som är fallet av svarta hål.

Denna skillnad, föreslår de, kan vara ett sätt att skilja ut svarta hål från  maskhål. De noterar att om deras teori stämmer kan maskhål vara ett nytt verktyg för att studera objekt som är för långt borta för att kunna ses med andra metoder.

Det innebär att om vi upptäcker fenomenet upptäcker vi även att maskhål finns. Men finns de? Jag tvekar troligen är det enbart ett objekt som bara duger att teoretisera om likt mycket annat.

Bild wikimedia.

En teori om hur gravitationsvågor kan se ut i ett svart hål.

 

Svarta hål är ännu inte förstådda inom vetenskapen. Delvis beroende på att ekvationerna för allmän relativitet som används för att förstå dem inte stämmer när man studerar svarta håls ultratäta centrum. Astronomer har nu beskrivit hur detta kanske kan förklaras om man använder gravitationsvågors rörelse för att "se" in i sammanslagna svarta hål och lära sig vad som sker där.

I Einsteins allmänna relativitetsteori är svarta hål objekt så starkt sammanpressade att inte ens ljus kan reflekteras eller ses utifrån då det kommit in i dessa beroende på den starka gravitation som råder där. Ett svart hål har i sin omkrets den så kallade händelsehorisonten - om du passerar över den tröskeln kommer du aldrig att komma därifrån. Relativitetsteorin förutspår också att centrum i svarta hål har oändligt hög densitet, så kallade singulariteter.

Närvaron av singulariteter innebär att ekvationerna som används i den allmänna relativitetsteorin  bryts ner till  oändligheter (kan jämföras med talet pi som inte heller har någon lösning. Något som visar att den allmänna relativitetsteorin är ofullständig. Det bör finnas en mer grundläggande teori troligen kopplad till kvantfysiken i subatomära skalor som korrekt (enligt teorin) kan beskriva vad som händer i centrum av ett svart hål. Vi har ännu ingen fullständig kvantteori om gravitation, men flera förslag på  teorier.

Till exempel finns strängteorin som förutsäger att alla partiklar i universum består av extremt små vibrerande strängar. Det finns också loopkvantgravitation, som säger att rymdtiden i sig är gjord av små, odelbara bitar som kan liknas vid pixlar på en datorskärm.

Båda dessa tillvägagångssätt kan ersätta den traditionella singulariteten i centrum av ett svart hål med något annat. Men när du ersätter singulariteten eliminerar du vanligtvis också händelsehorisonten. Det beror på att händelsehorisonten orsakas av singularitetens oändliga gravitationskraft. Utan singulariteten är gravitationskraften enbart otroligt stark men inte oändlig och då kan du alltid fly från närområdet av ett svart hål så länge du flyr med tillräcklig hastighet. Kanske inte så dum teori.

I vissa varianter av strängteori ersätts singularitets- och händelsehorisonterna av sammanflätade nätverk av trassliga knutar av rummet och tiden. I loopkvantgravitation blir singulariteten en extremt liten, extremt tät klump av exotisk materia. I andra modeller ses det svarta hålet istället som ett tunt skal av materia, eller av klumpar av  typer av spekulativa partiklar.

De närmaste kända svarta hålen från oss finns tusentals ljusår bort vilket gör det svårt att testa skilda teorier. Men ibland skickar svarta hål oss viktig information att arbeta vidare med för förståelse speciellt när två svarta hål sammanslås. När så sker släpps det ut mängder av gravitationsvågor som krusningar i rumtiden som kan detekteras med känsliga instrument på jorden exempelvis av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)  och VIRGO.

Nyckeln till förståelse är  däremot inte gravitationsvågorna som avges under själva sammanslagningen utan de som släpps ut direkt efter denna enligt en artikel i www.livescience.com. När sammanslagningen är klar och två svarta hål blivit ett enda vibrerar den nya sammanslagna massan av en intensiv mängd energi. Denna fas har en distinkt gravitationsvågsignatur.

Genom att studera dessa signaturer kanske forskare en dag kan förstå vilken teori om svarta hål som håller och vilka som inte gör det. Varje modell för svarta hål förutsäger skillnader i gravitationsvågor som avges under denna fas som härrör från skillnader i det svarta hålets inre struktur. Med olika svarta hålstrukturer kommer olika typer av gravitationsvågor att släppas ut och då förfalska eller eller bevisa en teori.

Astronomer hoppas att nästa generation av gravitationsvågsdetektorer blir tillräckligt känsliga för att upptäcka dessa förutspådda små förändringar av signatur vid sammanslagningar av svarta hål. Om de blir så kommer det att radikalt förändra vår uppfattning om svarta hål och ta oss framåt när det gäller att reda ut det vi idag inte förstår om svarta hål.

Inlägget ovan utgår från Paul M. Sutters som är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook vars artikel publicerad i https://www.livescience.com/  och i https://www.space.com 

Bild från space.com på en illustration av två sammanslagna svarta hål. (Bildkredit: Mark Myers, ARC Center of Excellence för gravitationsvågupptäckt (OzGrav))