Exploderande svarta hål kan avslöja mer om universums historia.

 

Bild https://www.umass.edu/ Illustratörs koncept visar  ett fantasifullt tillvägagångssätt för att föreställa sig små ursprungliga svarta hål. I själva verket skulle sådana små svarta hål ha svårt att bilda ackretionsskivorna som gör dem synliga som bilden visar. NASA:s Goddard Space Flight Center.

Fyndet av ett svart hål som exploderar skulle bli ett starkt bevis för en teori om en  typ av svart hål som aldrig observerats, ett så kallat "ursprungligt svart hål", bildat mindre än en sekund efter Big Bang för 13,8 miljarder år sedan. Dessutom skulle explosionen ge oss en definitiv katalog över alla subatomära partiklar som existerar, inklusive de vi har observerat, som elektroner, kvarkar och Higgsbosoner. Men även de partiklar som vi bara har hypoteser om, som partiklar av mörk materia liksom allt annat som kan finnas men hittills är helt okänt för vetenskapen. Denna katalog skulle äntligen svara på en av mänsklighetens äldsta fråga: varifrån kom allt som existerar?

Vi vet att svarta hål existerar och vi har en god förståelse för deras livscykel: en gammal, stor stjärna får slut på bränsle, imploderar i en massivt kraftfull supernova och lämnar efter sig ett område av rumtiden med så intensiv gravitation att ingenting, inte ens ljus, kan fly därifrån. Dessa svarta hål är otroligt tunga och är i princip stabila.

Men, som fysikern Stephen Hawking påpekade 1970, kan en annan typ av svart hål finnas. Ett ursprungligt svart hål (PBH) inte skapas av en stjärnas kollaps utan av universums ursprungliga förhållanden strax efter Big Bang. PBH:er, är likt kända svarta hål så massivt täta att nästan ingenting kan undkomma dem. Inte ens ljus därför är de svarta. Men trots sin densitet kan PBH:er vara mycket ljusare än de svarta hål som vi hittills har observerat. Dessutom visade Hawking att svarta hål har en temperatur och i teorin skulle kunna att långsamt sända ut partiklar via det som kallas "Hawkingstrålning" om de blev tillräckligt varma. 

– Ju ljusare ett svart hål är desto varmare borde det vara och desto fler partiklar kommer det att släppa från sig. När PBH:er avdunstar blir de allt lättare och därmed varmare och avge än mer strålning i en skenande process fram till att de exploderar. Det är den Hawkingstrålningen som våra teleskop kan upptäcka, beskriver Andrea Thamm, medförfattare och biträdande professor i fysik vid University of Massachusetts Amherst . Men ingen har någonsin direkt observerat en PBH.

– Vi vet hur man observerar den här Hawkingstrålningen, beskriver Joaquim Iguaz Juan, postdoktoral forskare i fysik vid University of Massachusetts Amherst. "Vi kan se det med vår nuvarande uppsättning teleskop och eftersom de enda svarta hålen som kan explodera idag eller inom en snar framtid är dessa PBH:er, vi vet att om vi ser Hawkingstrålning så ser vi en exploderande PBH."

Teamets nya hypotes är att de är redo för att se en explosion. "Vi tror att det finns upp till 90 procents chans att bevittna en exploderande PBH under de kommande 10 åren", beskriver Aidan Symons, en av artikelns medförfattare och doktorand i fysik vid University of Massachusetts Amherst.

I sitt arbete utforskar teamet en "mörk QED-modell". Detta är i huvudsak en kopia av den vanliga elektriska kraften som vi känner den, men som inkluderar en mycket tung, hypotetisk version av elektron, som teamet kallar en "mörk elektron".

Forskarlaget omprövade sedan gamla antaganden om den elektriska laddningen hos svarta hål. Vanliga svarta hål har ingen laddning, och det antogs att PBH:er också är elektriskt neutrala.

"Vi gör ett annat antagande", beskriver Michael Baker, medförfattare och biträdande professor i fysik vid University of Massachusetts Amherst. – Vi visar att om ett ursprungligt svart hål bildas med en liten mörk elektrisk laddning så förutsäger modellen att det ska stabiliseras tillfälligt innan det slutligen exploderar, beskriver han. Genom att ta hänsyn till alla kända experimentella data finner  vi då att vi ska potentiellt  kunna observera en PBH-explosion inte en gång på 100 000 år som man tidigare trott, utan en gång per 10 år.

"Vi påstår inte att det absolut kommer att hända under det här decenniet", beskriver Baker, "Men det kan finnas en 90-procentig chans att det gör det. Eftersom vi redan har tekniken för att observera dessa explosioner bör vi vara redo.

Iguaz Juan tillägger: "Detta skulle vara den första direkta observationen  isåfall någonsin av både Hawking-strålning och en PBH. Vi skulle  få ett definitivt register över varje partikel som utgör allt som finns i universum. Det skulle revolutionera fysiken helt och  skriva om universums historia. 

En forskningsrapport finns publicerad i Physical ReviewLetters  

Galaktiska föroreningar från en explosion

 

En grupp av internationella forskare har studerat galaxen NGC 4383 (som finns i riktning mot stjärnbilden Jungfrun 74 miljoner ljusår bort) i den närliggande Virgohopen och avslöjat ett gasutflöde som är så stort att det skulle ta 20 000 år för ljuset att färdas från den ena sidan till den andra.

Detta gasutflöde är resultatet av extremt kraftiga stjärnexplosioner (supernovor) i galaxens centrala delar som kastat ut enorma mängder väte och tyngre grundämnen. Massan av utslungad gas motsvarar över 50 miljoner solar beräknat på  vår sols massa. Studiens huvudförfattare Dr Adam Watts, från University of Western Australia-noden vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), beskriver att mycket lite är känt om utflödenas fysik och egenskaper eftersom utflöden var mycket svåra att upptäcka och därmed är svåra att analysera.

– Den utkastade gasen är ganska rik på tunga grundämnen vilket ger oss en unik bild av den komplexa processen av en blandning av väte och metaller i den utströmmande gasen. I det här fallet kan vi hittills detektera syre, kväve, svavel mfl kemiska grundämnen.

Gasutflöden är avgörande för att reglera hur snabbt och hur länge det i galaxer kan bildas stjärnor. Gasen som kastas ur dessa explosioner (supernovor) förorenar utrymmet mellan stjärnorna i en galax och även mellan galaxer och kan sväva i det intergalaktiska mediet för evigt. ICRAR-forskarna (International Centre for Radio Astronomy Research) professorerna Barbara Catinella och Luca Cortese, medförfattare till studien och en av ledarna för MAUVE-instrumenet, beskriver: "Vi designade MAUVE för att undersöka hur fysiska processer som gasutflöden kan stoppa stjärnbildningen i galaxer."

 ICRAR är ett samarbete mellan Curtin University och University of Western Australia, med finansieringsstöd från delstatsregeringen i Western Australia. Centrets huvudkontor lfinns vid UWA och har forskningsnoder vid både UWA och Curtin University.

Upptäckten av gasflödet ovan publiceras i dagarna i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bild https://www.icrar.org/outflows/ Gas (i rött, upptill och nedtill) kastas ut från den närbelägna galaxen NGC 4383. Upphovsman: Watts et al, 2024

72 snabba explosioner av skarpt ljus upptäckta däruppe men det var inte ordinära supernovor. Vad hände?

En supernovaexplosion kan en kort tid vara lika ljusstark som en hel galax vilken består av hundratals miljarder stjärnor. Supernovor lyser med ett starkt sken i flera månader.

Nu har upptäckts hela 72 snabba explosioner däruppe vilka enbart lyst starkt från en vecka till en månad och sedan slocknat. Medan skenet från supernovor kan ses mycket längre tid dock som skarpast i upp till några månader slocknar dessa objekt som nu upptäckts ner snabbt.

Forskarna anser att detta är något som kanske har samband med den mystiska mörka energin. Data visar på något som kan tolkas som okänd energi, okänd och gäckande. Men något som enligt alla beräkningar finns, är den mörka energin.

Citat: Mörk energi är numera det gängse sättet att förklara vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion av universum. Det vill säga att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Den presenterade forskningen anger att mörk energi utgör 72 procent, mörk materia 23 procent, neutriner mindre än 1 procent och baryonisk materia, det vill säga vanliga atomer, endast drygt 4 procent av den totalt tillgängliga energin i universum. Slut citat. 

Forskarna hittade transienter i data från explosionerna vilken bör komma från den mörka energin vid undersökning av dessa korta ljusstarka utbrott. Det görs idag stora ansträngningar globalt bland forskare att förstå mörk energi, en komponent som har  den acceleration av expansion av universum vilken pågår.

Händelsen med de korta explosionshändelserna nämnda ovan verkar vara händelser av expansion och kylning utvecklat över tid vilket kan förväntas från en exploderande händelse såsom en supernova.

Ett möjligt scenario är att stjärnan var dold av material innan supernovaexplosionen, och i extrema fall kunde vara helt omsluten av en slöja av tät materiamoln. För troligen är dessa korta explosioner likväl supernovor.

Supernovan själv kan då värma det omgivande materialet till mycket höga temperaturer och då kanske ge oss en hjälp för att förstå mörk energi vilken vi nästan säkert vet är inblandad i händelsen. Denna undersökning av explosioner avslöjar många mer oförklarlig transienter än vad som setts tidigare i universum.

Kanske vi genom detta är spåren på mörk energi närmare. 

Bild Helixnebulosa vilken finns i stjärnbilden Vattumannen 

Vita dvärgstjärnors ibland mystiska kärnexplosioner kan ha lösts till hälften

Vita dvärgstjärnor är sista stadiet i en stjärnas liv då den kollapsat efter att ha blossat upp under sin sista tid. De kan även sluta som en nova (inte att förväxla med en supernova)  om de ligger i närheten av en stor röd jättestjärna varifrån de kan dra till sig gas och genom detta med ett antal års mellanrum ge ifrån sig energiexplosioner..

Ibland kan kärnexplosioner uppstå på den vita dvärgens yta(gäller där novor sker eller skett). 

Ca 50 sådana uppstår på skilda dvärgar i vår Vintergata varje år. Inte speciellt många då dvärgarnas antal är stort. Ingen vet hur många de är men man bör räkna i miljoner kanske miljarder.

Ca 50 kärnexplosioner på nästan alltid olika vita dvärgar  inträffar eller kanske bättre sagt så många upptäcker vi årligen per år från våra teleskop.

Mysteriet är att vissa av dessa explosioner är så ljusstarka och kraftfulla att vetenskapen inte kunnat förklara varför.

Men nu har astronomer vid Michigans universitet arbetat fram en trolig teori på varför dessa kraftfulla kärnexplosioner ibland inträffar på någon vit dvärg.

Det har antagits att gasen från den röda jättestjärnan i närområdet (det handlar ju om novor inte ensamma vita dvärgar (icke novor) där inga kärnexplosioner har setts) lämnat ifrån sig så mycket gas att det är denna energi som exploderar när gränsen för en tvingande urladdning genom kärnexplosion nåtts.

Men detta är inte hela förklaringen det förklarar enbart en kärnexplosion av det slag vi redan förstått. Den riktigt stora och mystiska föregås av att det vid explosionens början  avges en kall gasvåg av materia men direkt efter kommer en snabb het våg och när dessa kolliderar får vi den otroliga ljusa och kraftfulla våg vilken tidigare setts som svårförklarlig.

Skeendet är inte unikt utan sker vid varje kärnexplosion på en vit dvärgstjärna. Men ibland blir det en reaktion av det slag av betydligt större slag än vad vi kan se som kanske normal energiurladdning i novornas värld.

Ännu vet vi inte varför det ibland sker. Men forskningen har genom förståelsen av hur det sker likväl tagit ett nytt steg i förståelsen av vår verklighet.

Mystiska explosioner i universum ska försökas förstås.

Citat: Mystiska krafter i rymden orsakar explosioner med en kraft som en miljon atombomber.--- Nu skjuter Nasa upp fyra rymdfarkoster som ska försöka ge svaren på mysteriet. Slut citat.

Radioaktivitet och sönderfall ser jag som utlösningen till explosionerna. Universum är inte stabilt utan under ständig förändring mot något eller är det slumpen som styr.

Teorier finns säkert på vad explosionerna kan vara effekter från. Men vilken teori som kommer att ses som mest trolig och ge svar får vi se i framtiden när NASA:s flotta av farkoster sökt fakta utefter de fakta de kan undersöka. Om detta räcker vet ingen. Men någon teori kommer det säkert att ge att arbeta vidare med.