Är Mörk materia svarta hål från ett annat eller tidigare universum

 

Bild wikipedia av det svarta hålet i galaxen Messier 87, taget med Event Horizon Telescope.

Ny forskning tyder på att reliker av svarta hål från tiden före Big Bang fortfarande kan forma galaxer idag. Dessa svarta hål skulle kunna förklara mörk materia, en av de största olösta frågorna inom enligt kosmologin. Enrique Gaztanaga, professor i astrofysik vid Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth

Generellt sett är svarta hål områden i rumtiden där materia är komprimerad i ett litet utrymme. Mörk materia är materia som inte reflekterar eller absorberar ljus. Vi vet att den existerar tack vare dess gravitationseffekt på galaxer och andra kosmiska strukturer vi kan beskåda därute.

Den kan ses som "limmet" som håller galaxer samman. Men vi vet inte vad den består av på en grundläggande nivå. De flesta fysiker tror att mörk materia består av en ännu oupptäckt subatomär partikel.

Men uråldriga svarta hål från tiden före Big Bang passar också in på beskrivningen. De är mörka, men bär massa precis de egenskaper som krävs för ovan teori. 

Gaztanaga beskriver att han har utforskat denna idé i en ny artikel i tidskriften The Conversation . Självklart kräver idén om relik-svarta hål också en omprövning av själva big bang.

I nästan ett sekel spårade kosmologer universums historia tillbaka till detta enda, dramatiska ögonblick kallat BigBang. Men kanske var detta inte den absoluta början på tiden. Kanske fanns det ett universum före Big Bang. Tillsammans erbjuder studs-scenariot ett enhetligt sätt att ta itu med flera långvariga problem inom kosmologin.

Big bang-singulariteten ersätts av en kvantövergång. Denna övergång kan relateras till begreppet "Einstein–Rosen-bron": en matematisk länk mellan två olika områden av rumtiden.

Inflation uppstår naturligt från dynamiken nära studsen.

Mörk energi kan relateras till den globala strukturen i ett ändligt universum.

Mörk materia kan bestå av relik-svarta hål och kanske började vårt eget universum som ett.

Gravitationsvågor kunde bära signaler från en tidigare kosmisk fas.

Supermassiva svarta hål kan ha uråldriga ursprung som stämmer överens med nyliga JWST-observationer.

Mycket arbete återstår att göra. Dessa idéer (teorier) måste testas mot data – från gravitationsvågsbakgrunder till galaxundersökningar och precisionsmätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

Men möjligheten är djupgående att universum kanske inte började en gång, utan kan ha återhämtat sig. Och de mörka strukturer som formar galaxer idag kan vara reliker från en tid före Big Bang.

Nu har en del av det väte som fyllde universum direkt efter BigBang hittats.

 

Bild https://hetdex.org  En enorm gloria av vätgas som hittats med hjälp av  Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX)-data syns i bilder från James Webb Space Telescope (JWST). För 11,3 miljarder år sedan lyste detta system av det sammanlagda ljuset från många galaxer  där det ljusaste området representeras i rött. Med hjälp av data från HETDEX har astronomer ökat det kända antalet av dessa halos med mer än en faktor tio från ungefär 3 000 till över 33 000. Credit: Erin Mentuch Cooper (HETDEX), JWST-bild: NASA, ESA, CSA, STScI.

Astronomer som använde data från Hobby–Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) https://hetdex.org/ har upptäckt tiotusentals gigantiska vätgashalos, kallade "Lyman-alfa-nebulosor", som omger galaxer  10 till 12 miljarder ljusår bort. En epok i det tidiga universum då galaxer växte som snabbast. För att driva på denna tillväxt måste de ha behövt tillgång till enorma reservoarer av vätgas. Vätgas var och är en viktig byggsten till stjärnor. Men fram till helt nyligen hade astronomer bara funnit ett fåtal av dessa tidiga strukturer.

En ny studie publicerad i The Astrophysical Journal  beskrivs fler fynd av vätgashalos med en faktor tio: från ungefär 3 000 till över 33 000. Detta bekräftar misstankarna om att de inte är eller var sällsynta kuriositeter. Studien ökar också antalet kända storlekar, vilket ger ett mer representativt urval för astronomer att studera när de fortsätter att undersöka ursprunget och utvecklingen av de första galaxerna.

"Vi har analyserat samma fåtal objekt i ungefär 20 år," beskriver Erin Mentuch Cooper, HETDEX:s dataansvarige och huvudförfattare till studien. "HETDEX låter oss hitta många fler av dessa glorior och mäta dess form och storlek. Det har verkligen gjort det möjligt för oss att skapa en stor statistisk katalog."

Vätgas är ökänd för att vara svår att upptäcka eftersom den inte genererar ljus. Men om den är nära ett objekt som avger mycket energi  ex en galax eller en grupp galaxer fulla av UV-emitterande stjärnor  kan den energin få vätet att glöda. För att upptäcka detta behöver du ägna mycket tid med precisa instrument.

Medan tidigare astronomiska undersökningar har funnit några av dessa halos, kunde deras instrument bara upptäcka de ljusstarkaste. Och riktade observationer av tidiga galaxer är vanligtvis så inzoomade att de skär av alla utom de minsta halos. Som ett resultat har allt mellan de små och de stora objekten förblivit svårfångade.

Observationer från HETDEX börjar fylla i detta tomrum. Med hjälp av Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald-observatoriet kartläggs  över en miljon galaxer i en strävan att förstå mörk energi. "Vi har samlat in nästan en halv petabyte data inte bara om dessa galaxer utan även om områdena däremellan," beskriver Karl Gebhardt, HETDEX:s huvudforskare, ordförande för astronomiavdelningen vid University of Texas i Austin och medförfattare till artikeln. "Våra observationer täcker ett område på himlen som mäter över 2 000 fullmånar. Omfattningen är enorm och utan motstycke."