Ett vanligt händelsemönster av aktivitet i svarta hål formar närliggande galaxer

 

Bild wikipedia Galaxen NGC 2207 sedd från Hubbleteleskopet. Ett exempel på galaxer därute.

Forskning, baserad på observationer från VLT i Chile  very large teleskopets MUSE-instrument (Multi Unit Spectroscopic Explorer) visar att aktiva galaxkärnor (AGN), eller ljusstarka områden utifrån material som faller in i ett supermassivt svart hål, är kopplade till stjärnbildande ringar eller bågar, konformade områden av energirik gas och snabba "chockvågor", uppståenden från energiflöden som interagerar med omgivande gas.

"När vi förstod hur detta skedde kunde vi se att de svarta hålen inte bara drar in saker utan också kastar iväg saker," beskriver Peixin Zhu, doktorand och astronom vid Center for Astrophysics. Skeendena är  beroende av varandra.

Studien fokuserade på galaxer vars centrala svarta hål aktivt drar in närliggande material mestadels bestående av gas och damm..

"Vi ser att svarta hål inte bara konsumerar material i galaxers centrum utan även aktivt omformar  sin omgivning," beskriver Lisa Kewley, astrofysiker vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, chef för centret och Zhus rådgivare. "Detta arbete hjälper oss att förstå en komplex återkopplingscykel som spelar en viktig roll i galaxutveckling."

Teamet använde en ny tredimensionell teknik för att skilja mellan tre källor: stjärnbildning, strålning från det aktiva svarta hålet och excitation (energi tillförelse) genom chockvågor. Chockexcitation uppstår när höghastighetsutflöden från det centrala svarta hålet kolliderar med det interstellära mediet. Över hela provet fann forskarna att stjärnbildande ringar eller bågar uppstod på avstånd av cirka 0,8 till 6 kiloparsec från galaxens centrum. Joniserade koner av svarta håls strålning sträckte sig utåt från galaxernas skivor medan centrala regioner dominerade av snabba stötar som ofta sträckte sig vinkelrätt mot dessa områden.

Forskarna fann också bevis för stötar i vinkelräta  riktningar mot AGN-biconerna.  AGN innebär en aktiv galaxkärna. Zhu noterar att dessa stötar i stort sett är förenliga med interaktioner mellan AGN-jetsrålar och det interstellära mediet, även om vindar från det aktiva svarta hålet också kan bidra, särskilt i galaxer med lägre jetstråls händelser..

"Det mest intressanta fenomenet med chockvågorna är att de alltid går vinkelrätt mot området där det svarta hålets injicerade utflöden utgår," beskriver Peixin. "Detta är mycket vanligt och vi ser det ständigt dyka upp över alla de nio undersökta galaxerna."

Studiens resultat kombinerade högupplösta observationer och detaljerade teoretiska modeller. MUSE-instrumentet gav rumsligt upplösta optiska data, medan de toppmoderna teoretiska datamodellerna som byggdes av Zhu och hennes kollegor, astrofysikerna Lisa Kewley från Center for Astrophysics och Ralph Sutherland vid Australian National University, gjorde det möjligt  att jämföra observationer av förutsägelser av svarta håls aktivitet, stjärnbildning och chockvågsaktivitet. Chandra-röntgenobservationer stödde också forskarnas tolkning.

Resultatet visar att aktivt växande svarta hål har en komplex cykel av ackretion, utflöde och interaktion med sina omgivande galaxer. Genom att separera effekterna av svarta håls strålning, stjärnbildning och chockvåger ger studien en tydligare bild av den cykeln och dess relation till stjärnbildning.

Studien publicerades nyligen i The Astrophysical Journal där man  beskriver  perspektivet på hur AGN-återkoppling kan påverka galaxers tillväxt och utveckling. 

Centret för astrofysik | Harvard & Smithsonian är ett samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. 

Svarta hål med hårliknande materiautkast

 

Bild https://en.nagoya-u.ac.jp.

När två svarta hål kolliderar och smälter samman ringer det nybildade svarta hålet som en klocka av gravitationsvågor med specifika frekvenser som avtar över tid. Detta korta, avtagande vågmönster kallas ringdown och kan dölja vad som finns runt svarta hål.

Enligt Einsteins grundläggande regler för den enklaste typen av svarta hål beror ringdownvågor  på två saker: ett svart håls massa och hur snabbt det snurrar. Men tänk om svarta hål har oupptäckt materia omkring  sig. Om så är skulle denna materia också  påverka egenskaperna hos ringdownvågorna.  Ringdown kan därmed innehålla information om oupptäckt materia runt det svarta hålet. Inom teoretisk fysik kallas denna eventuella extra struktur ofta för “black hole hair.”

Forskare testar ännu om Einsteins allmänna relativitetsteori rätt beskriver svarta hål och vilka avvikelser som kan finnas i teorin.

Att hitta tecken på svarta håls hår är svårt eftersom olika typer av eventuellt oupptäckt materia eller ny fysik kan förändra ringdown på olika vis. Studien (som finns att läsa i länken nedan) ger forskarna en tydligare bild av vilka mönster man ska leta efter i framtida ringdown-data.

"Hårliknande strukturer  på svarta hål kan representera materia runt det svarta hålet eller avvikelser från den enklaste typen av svarta hål som förutsägs av allmän relativitetsteori. Eftersom de så kallade håren kan ändra ringdown-signalen något, kan detektering eller uteslutning av dessa förändringar ge oss ett nytt sätt att testa gravitationen i denna extrema region," beskriver huvudförfattaren Ariadna Uxue Palomino Ylla, doktorand vid Nagoya University’s Graduate School of Science. I beaktande ska även tas att ett svart hål förvränger rumtiden och därför böjer ljusets och gravitationsvågornas bana.

Om det finns dold materia eller ny fysik som påverkar gravitationen skulle effekterna vara mest uttalade precis där gravitationen är som starkast. Detta gör svarta hål till den bästa platsen att söka på efter dold materia eller okänd fysik. För att kontrollera hårteorin förlitade sig teamet på följande. Vilket vis ljus skulle kretsa runt ett svart hål motsvarar hur dess ringdownvågor beter sig, genom detta synsätt kan forskare  räkna ut det ena från det andra. De lade till en liten mängd dold materia till standardmodeller för svarta hål och använde Einsteins ekvationer för att beräkna hur den materian ändrar ringdown frekvens och fade-out-hastighet.

Forskarna testade denna metod på tre välkända teoretiska svarta hål. De utvidgade det också till rotation av svarta hål och studerade ljus som kretsar med rotationen av svarta hål och ljus som kretsar mot det.  Rotation gör beräkningarna mer komplexa eftersom ljus som cirklar vid det svarta hålets spinn skulle bete sig annorlunda än ljus som cirklar mot det. Sådant skulle också ändra ringdowns frekvens och fade-out-hastighet olika, beroende på rotationsriktningen. Det exakta mönstret beror på vilken typ av material som är inblandat. OBS ett svart hål kan rotera runt sin egen axel i nära ljusets hastighet 300000 km/sek

Istället för att studera varje möjlig typ av hårstruktur på svarta hål från grunden, ger den nya metoden forskare ett gemensamt sätt att förutsäga hur denna eventuella materia eller ny fysik kan förändra ett svart håls ringdown. Även om resultaten är tidiga uppskattningar hjälper denna forskningsmetod forskare att veta vad de ska leta efter om de någonsin upptäcker något märkligt i ett verkligt svarta håls signal. I framtiden kan detta tillvägagångssätt hjälpa forskare att använda dessa gravitationsvågor till att lära sig om ett svart håls storlek, rotation och eventuella svarta håls hårstrukturer.

Eventuellt kan det vara mörk materia inblandat. Ingen vet ännu vad detta är. För min del tvivlar jag på existensen av mörk materia. Men de som anser den finns (och det gör majoriteten av forskareliten) kan denna materia vara lösningen på det som de kallar okända materian de söker ovan Jag anser dock att ingen okänd materia är inblandad.

Studien nedan har författats av Ariadna Uxue Palomino Ylla, Kosuke Makino, Akane Tanaka, Akihiro Ishibashi och Chul-Moon Yoo, 2026 under titeln "Ringdown waves from hairy black holes"  i  Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.    

Så matar svarta hål sig själva

 

Bild wikipedia på den elliptiska galaxen NGC 4696 maged by Legacy Surveys. 

Ett internationellt forskarteam där en astronom från University of Michigan ingick avslöjade hur ett svart hål lyckades dra åt sig materia och gas och växa samtidigt som det slungar ut materia och gas i galaxen.

"Vi har nyligen hittat detta fotografiska bevis på hur svarta hål får sitt bränsle och hur de får detta material att även växa i storlek," beskriver Hyunseop "Joseph" Choi, postdoktoral forskare vid University of Michigans institution för astronomi. Forskningen bakom upptäckten leddes från University of Montreal och möjliggjordes med hjälp av världens mest kraftfulla rymdteleskop, JWST (James Webb teleskopet). Studien var ett NASA-uppdrag utvecklat i samarbete med Canadian Space Agency och Europeiska rymdorganisationen (ESA). Upptäckten gjordes då man undersökte en galax vid namn NGC 4696 där ett supermassivt svart hål finns i centrum.

"Vi ser här för första gången hur gas faller tillbaka in i ett svart hål" beskriver Choi som började arbeta med detta projekt som postdoktoral forskare i Montreal innan han började på University of Michigan.

Nästan varje massiv galax i universum har ett supermassivt svart hål i sin kärna som är miljoner eller till och med miljarder gånger mer massiva än vår  sol. När dessa svarta hål aktivt drar in omgivande material fungerar de som kosmiska motorer. De släpper loss kraftfulla jetstrålar och energivindar utåt som kan forma hela galaxen runt dem, bromsa tillblivelsen av nya stjärnor och påverka hur galaxen växer över tid.

Astronomer kallar dessa typer av svarta hål aktiva galaxkärnor, (eller AGN). "Det JWST avslöjar är att svarta hål kan vara de ultimata kosmiska återvinnarna," beskriver Julie Hlavacek-Larrondo, professor vid University of Montreal och huvudförfattare till teamets studie publicerad i The Astrophysical Journal Letters (se nedan).

"Det svarta hålet frigör enorma mängder energi som värmer omgivningen, men samma gas kan senare kylas ner till tunna filament som faller tillbaka inåt och återigen matar det svarta hålet. Vi ser nu denna självförsörjande cykel i praktiken."

För att testa om denna förklaring håller undersökte  teamet teorin genom datorsimuleringar av systemet. Den simulerade gasen betedde sig på ett sätt som nära matchade vad JWST observerade vilket gav starkt och oberoende stöd till den föreslagna teorin och upptäckten.

"Det är spännande att JWST-observationer nu gör det möjligt för oss att direkt testa och begränsa våra datasimuleringar av svarta håls matning genom att jämföra dem med vad vi ser runt ett verkligt svart hål," beskriver Minghao Guo, doktorand vid Princeton University och medförfattare till studien och var den som ledde datasimuleringarna i studien.

En liknande struktur hade tidigare observerats i en annan galax, NGC 1275  i Perseus-hopen, med hjälp av ALMA-observatoriet i Chile. De nya resultatet i NGC 4696 tyder på att denna återvinningsmekanism kan vara vanlig i galaxerna i universum.

"Vi har bara hittat ett säkert exempel vi hoppas kunna använda JWST inom en snar framtid igen för att se om vi kan fånga den här typen av bild från andra svarta hål," beskriver Choi. "Jag ser mycket fram emot vad våra framtida JWST-program kan avslöja om hur svarta hål matar sig själva."

Studien kan läsas här i The astrophysical journal letters .

Unikt fynd Tre stora svarta hål i samma galax

 

Bild https://www.mpg.de  En AI-genererad visualisering av en avlägsen galax som förutom damm, gas och unga stjärnor innehåller tre massiva, aktiva svarta hål (de svarta sfärerna på bild är ej skalenliga)  med ljusa ackretionskivor. Andra avlägsna galaxer visas i bakgrunden få stjärnor ses i förgrunden. © MPE (genererad med AI) 

Ett internationellt team av astronomer under ledning från Max Planck-institutet för Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) har identifierat tre aktivt växande supermassiva svarta hål i galaxen J0148-4214 som finns 12,5 ljusår bort. Det här är svarta hål i vilka materia faller från en ackretionsskiva som omger dem. På detta avstånd blir själva rymdens expansion tydlig. Galaxen verkar därför röra sig bort från oss vilket får ljuset som tas emot från galaxen att förskjutas mot längre våglängder, vilket resulterar i en så kallad rödförskjutning på z=5,02. Med hjälp av den rödförskjutningen beräknade forskarna galaxens enorma avstånd till 12,5 miljarder år. Vi ser därför galaxen som den såg ut bara cirka 1,2 miljarder år efter Big Bang.

”Detta är det första beviset på tre aktiva svarta hål i en galax i det avlägsna universum”, beskriver Hannah Übler, forskningsgruppsledare vid MPE och huvudförfattare till studien om upptäckten. Två av dem ligger i galaxens centrum och finns endast 620 ljusår från varandra i projektionen. Ett tredje svart hål finns i galaxens yttre del på ett avstånd av cirka 5500 ljusår från centrum. ”Det tyder på att processer i det tidiga universum var effektiva på att sammanföra massiva svarta hål vilket banade väg för massiva svarta hålssammanslagningar något vi förväntar oss att upptäcka med framtida gravitationsvågsobservatorier”, beskriver Übler. Teorier om galaxers evolution baserade på observationer antyder att galaxer tidigt i universums historia kom mycket nära varandra och slogs samman. I processen slogs då även de svarta hålen i galaxers  centrum samman och gav upphov till svarta hål med växande massor i den sammanslagna galaxens centrum. 

Forskarna identifierade de svarta hålen genom deras spektrala fingeravtryck: signaturerna av väteatomer som rör sig med hög hastighet i de svarta hålens gravitationsområde. I den centrala regionen uppvisar spektrumet en komplex struktur som bäst förklaras av två svarta hål i nära anslutning till varandra. För att separera de två centrala källorna använde teamet spektroastrometri, en teknik som exakt mäter rumsliga förändringar i linjeemission över galaxen. Detta gjorde det möjligt att bestämma de svarta hålens positioner, även om de inte kan spatialt upplösas som separata punktkällor.

Ett tredje svart hål upptäcktes i den yttre regionen. Analysen  visar deras massor på var och en till cirka 80 miljoner, 0,6 miljoner och 2 miljoner solmassor. Det massivaste svarta hålet växer i en lägre takt än det närliggande svarta hålet med en massa på 0,6 miljoner solmassa, vilket aktivt växer och till och med överstiger den maximala ackretionshastighet som förutsägs av grundläggande teorier om svarta håls möjliga tillväxt (Eddingtongränsen). 

Det centrala svarta hålparet förväntas smälta samman inom de närmaste hundra miljoner åren. "Forskningsresultatet är oerhört spännande," tillägger Roberto Maiolino, professor vid University of Cambridge och medförfattare till studien. "Det föreslår att sammansmältning av svarta hål kan vara en ytterligare snabb väg för svarta håls och galaxers snabba tillväxt i det tidiga universum."

Det tredje svarta hålet, som ligger utanför kärnan kan vara rester av en tidigare sammanslagning och som förskjutits från centrum av en gravitationsrekyl eller  att det migrerar inåt.

Unikt men troligen är det tre galaxers sammanslagning som gett denna effekt av tre svarta hål och än troligare finns det galaxer där fyra eller fler stora svarta hål finns efter än fler sammanslagningar av galaxer i tidens gryning.

En svarta hålteori i laboratorimiljö.

 

Bild https://asrc.gc.cuny.edu Konstnärlig avbildning av Penrose-superstrålning som innebär att elektromagnetiska vågor med utvalda rotationsmönster förstärks när de interagerar med ett system som verkar rotera i ljushastighet. (Kredit: Dalila Pasotti och Hadiseh Nasari).

Sir Roger Penrose föreställde sig för mer än femtio år sedan ett scenario där energi kunde utvinnas från ett svart hål som snurrar i extrem hastighet. Han föreslog att en partikel som går in i sin ergosfär innebärande ett område utanför händelsehorisonten (Händelsehorisonten är den såkallade ytan kring ett svart hål, som utgör gränsen mellan hålets innandöme och omvärlden. Händelsehorisonten markerar gränslinjen för platsen där eftersom ingenting, vare sig ljus eller materia, som befinner sig innanför händelsehorisonten kan undkomma utan snart dras det som finns där in i det svarta hålet.) på ett roterande svart hål, där rymdtiden dras med i rotationen och energi teoretiskt kan utvinnas. En del kunde falla in i det svarta hålet medan den andra delen undkom och bar på mer energi än den ursprungliga partikeln. 

Med utgångspunkt i denna teori förutspådde fysikern Yakov Zel'dovich senare att en våg som interagerar med ett tillräckligt snabbt, roterande objekt kan utvinna energi från det och denna kan förstärkas.

Inspirerade av denna teoretiska konstruktion har forskare vid Advanced Science Research Center at the CUNY Graduate Center 85 St. Nicholas Terrace, New York, (CUNY ASRC) publicerat en artikel i Nature som visar ett nytt tillvägagångssätt för vågförstärkning genom interaktion med roterande kroppar (har ej hittat denna artikel).

 Istället för att mekaniskt rotera materia konstruerade teamet en radiofrekvensenhet med egenskaper modulerade i rum och tid för att efterlikna spinn. Enheten skapar en syntetisk form av ultrasnabb rotation som möjliggör tillgång till rotationshastighet långt bortom vad som kan uppnås mekaniskt vilket gör det möjligt för forskare att övervinna begränsningar som länge har hindrat experimentella studier av ultrasnabb rotationsdynamik.

"Vår metod underlättar en ny metod för våg–materia-interaktion där vågor med utvalda rotationsegenskaper utvinner energi från syntetisk tidskonstruerad rotation, vilket ger en form av bredbandsselektiv förstärkning," beskriver huvudforskaren Andrea Alù, Distinguished Professor och Einstein-professor i fysik vid CUNY Graduate Center samt grundande direktör för CUNY ASRC:s Photonics Initiative.

"Detta framgångsrika experiment flyttar idéer om extrem rotationsdynamik från teori till praktik och skapar en mångsidig experimentell plattform för att utforska ett brett spektrum av fenomen i skärningspunkten mellan astrofysik, vågfysik och kvantvetenskap," beskriver huvudförfattaren Hadiseh Nasari, postdoktoral forskare vid CUNY ASRC:s Photonics Initiative. "Arbetet har betydelse för framsteg inom grundforskning samt inom kommunikation, optik och fotonik."

I kärnan av teamets arbete fanns en grundläggande fråga: Kan elektromagnetiska vågor som skickas till en kvarvarande enhet fortfarande bete sig som om de interagerade med ett objekt som roterar i ultrahöga hastigheter och utvinna energi från denna form av syntetisk rörelse?

För att besvara frågan byggde forskarna ett ringformat nätverk av elektroniska resonatorer (en enhet, ett objekt eller ett system som svänger (oscillerar) med en naturligt högre amplitud vid vissa specifika frekvenser, så kallade resonansfrekvenser) vars egenskaper snabbt modulerades i en noggrant tajmad sekvens vilket skapade ett färdmönster runt ringen. Även om enheten i sig inte rörde sig gjorde färdmönstret att de elektromagnetiska vågorna uppfattade systemet som roterande i ultrahög hastighet.

"Vågor med lämpliga rotationsegenskaper extraherade energi från systemet och blev förstärkta, vilket återgav den essentiella fysiken i Penrose–Zel'dovich-processen," beskriver medförfattaren Hady Moussa, tidigare doktorand vid CUNY ASRC Photonics Initiative. "Vår metod bygger på konstruerade metamaterial som är designade för att kontrollera hur vågor fortplantar sig.

Syntetisk rotations förmåga att simulera rörelser bortom ljusets hastighet ger forskare ett kraftfullt sätt att studera extrema tillstånd i en kontrollerad laboratoriemiljö. Teamets prestation öppnar en ny experimentell lekplats för att undersöka fysik som annars skulle vara otillgänglig och ger anmärkningsvärda möjligheter för trådlös kommunikation samt klassiska och kvantoptikapplikationer.

Framöver måste resultaten anpassas i praktisk teknik, och samma koncept kan utvidgas till fotoniska och kvantplattformar, vilket möjliggör nya sätt att manipulera ljus, bearbeta information och undersöka vågfenomen inspirerade av några av universums mest extrema miljöer.

Forskningen stöddes av USA:s försvarsdepartement, USA:s National Science Foundation och Simons Foundation.

Advanced Science Research Center vid CUNY Graduate Center lyfter vetenskaplig forskning och utbildning vid CUNY och bortom genom initiativ inom miljövetenskap, nanovetenskap, neurovetenskap, fotonik och strukturell biologi. Centret främjar samarbete mellan etablerade forskare, tidiga forskare och studenter som arbetar över discipliner för att hantera komplexa vetenskapliga frågor och samhällsutmaningar.

Mörk materia samlas vid svarta hål

 

Bild  https://news.vt.edu  En konstnärs avbildning av miljön nära ett supermassivt svart hål där endast synlig materia ses. I en ny studie antyds att det svarta hålet också kan vara omgivet av en sfärisk gloria av osynlig mörk materia. Illustration med tillstånd av Adobe Stock.

Vi närmar oss en punkt där observationsbevisen för mörk materia helt enkelt är obestridliga," beskriver Mayank Sharma, fysikstudent vid Virginia Tech.

Varje ny upptäckt lär oss mer om den mörka materian som vida överstiger all synlig materia i universum. Den enda kända kraft som påverkar detta är gravitation och  mörk materia samlas som ett allt tjockare moln av som kan ses som svart rök (dock osynligt för oss) runt supermassiva svarta hål.

Med hjälp av en astrofysisk teknik kallad ekokartläggning lade forskarna fram bevis som stödjer denna teori som länge hållits som riktig  men inte kunnat bevisas i  partikelfysiken. Gravitationen drar i allt och i universum rusar stjärnor och galaxer  i rasande fart mycket, mycket snabbare än de borde, och denna expansionsgastighet av universum ökar och ökar.

Expansionen av universum kommer kommer ur gravitationen av osynlig mörk materia (men säkert även av mörk energi enligt mig).

Den extra hastigheten pekar på mörk materians inflytande över de enorma avstånden över universum. Men vad händer vid randen till ett svart hål? Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att den drar och vrider själva rumtidens väv.

Forskare kan se vanlig materia falla mot ett svart hål. Damm, gas och plasma slår runt i en bullrig ackretionsskiva orsakar friktion, förlorar rörelsemängd och dras i spiralform inåt i det svarta hålet.

Men mörk materia skakar inte om. Den kan inte interagera  med sig själv eller med synlig materia. Allt den påverkas av är gravitation. Utan någon mekanism för att avge energi förutspår teorin att mörk materia helt enkelt svävar tätt i utkanten av ett svart hål  men detta beteende inte kan observeras med vanliga teleskop.

När han diskuterade problemet med Gonzalo Herrera, en tidigare postdoktoral forskare i partikelfysik vid Virginia Tech, såg Sharma en möjlig väg framåt.

"Vi skulle faktiskt kunna testa denna förutsägelse med hjälp av en teknik inom astronomi, som kan mäta avståndet till den omgivande gasen genom att leta efter ljusekon." Ljuseko, är känt som efterklangskartläggning och är en väletablerad teknik för att mäta massan av svarta hål.

När material faller mot ett svart hål frigörs en energiexplosion som får ackretionsskivan att pulsera. Ljuspulsen färdas utåt tills den träffar omgivande gas som absorberar och återutsänder ljuset i en sekundär puls likt ett  eko.

Astronomer upptäcker den initiala blixten och efter en fördröjning, dess eko.

Eftersom ljuset färdas med konstant hastighet avslöjar fördröjningen gasens avstånd från det svarta hålet. Den initiala signalen innehåller också fingeravtryck från det svarta hålet, där intensiv värme och strålning tar bort gasen från elektroner. Denna effekt är mindre uttalad i ekosignalen som är längre bort från det svarta hålet.

Genom att jämföra signalerna kan forskare använda det matematiska sambandet mellan avstånd, ljushastighet och massa för att beräkna hur mycket mörk materia som omger det svarta hålet.

Genom att tillämpa denna metod på 14 avlägsna galaxer fann teamet fem fall där massan ökade med avståndet som var snabbare än vad synlig materia ensam kunde ge som  förklaring.

"Dessa galaxer visar definitivt en antydan om att det finns extra material som inte kan förklaras av bara det supermassiva svarta hålet," beskriver Sharma.

Databegränsningar innebär att resultaten är ett konceptbevis, inte en definitiv upptäckt, men studien visar en tydlig väg till bekräftelse. Om närvaron av mörk materia bekräftas i framtida studier måste astronomer ta hänsyn till dess effekter i sina studier av supermassiva svarta hål ochmiljön där. Å andra sidan, om teorin utesluts, måste partikelfysiker gå tillbaka till ritbordet för att förstå vad mörk materia  är.

Den studien är  publicerad i Physical Review Journals. 

Signaler har upptäckts som troligen kommer från svarta hål bildade av eller under BigBang

 

Bild https://news.miami.edu  En flygbild av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Livingston, Louisiana varifrån det 2025 upptäcktes en ovanlig gravitationssignal från universums början. Bild: Med tillstånd av LIGO

Det kan ta år att bevisa, men några astrofysiker vid University of Miami kan stå på tröskeln till ett vetenskapligt genombrott av att bekräfta existensen av uråldriga svarta hål och deras roll i ett av kosmologins största och olösta mysterier tiden vid BigBang.

 En teori beskriver att de första svarta hålen bildades inom den första bråkdelen av en sekund efter Big Bang. Men om de kan bekräftas kan dessa första svarta hål ha varierat i storlek från en asteroids storlek till betydligt större hål och  detta kan   även förklara den mörka materians natur. Då den osynliga materia som utgör cirka 25 procent av all materia i universum och fungerar som gravitationen som håller galaxers stjärnor samman i en galax och bör ha bildats även den vid BigBang. 

Teorin  att den mörka materien bildades spontant ur denna enorma mängd energi, precis som den vanliga (synliga) materien gjorde då.

"Vi tror att vår studie kommer att hjälpa till att bekräfta att de svarta hålen faktiskt existerar så tidigt," beskriver Nico Cappelluti, docent vid College of Arts and Sciences fysikinstitution, om den forskning han och doktoranden Alberto Magaraggia har genomfört (om de första svarta hålens existens).

Forskningen bygger direkt på den senaste potentiella upptäckten av ett subsolart svart hål (ett svart hål i som ses i  riktning mot jorden ) upptäckt av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) vilket i slutet av 2025 upptäckte en ovanlig signal från en gravitationsvåg i form av en osynlig krusning i rumtidens väv orsakad av våldsamma processer likt en kollisionen mellan två svarta hål.

De vanligaste svarta hålen bildas genom att en supernova sker när en massiv stor stjärna exploderar i slutet av sin existens och resten blir ett svart hål. Svarta håls massor kan variera från några gånger större än vår sols massa till miljarder solmassor,"beskriver Cappelluti. I november 2025 utfärdade LIGO en automatisk varning för en sammansmältning där minst ett av objekten vägde mindre än 1 solmassa vilket antyder ytoligehten av att det var ett uråldrigt svart hål.

Man frågade sig då om det var ett kosmiskt genombrott eller kanske ett falskt alarm och enbart ett brus i LIGO:s massiva detektorer vilket en del astrofysiker tror än i dag.

Cappelluti och Magaraggia är däremot övertygade om att det LIGO upptäckte signaturen från ett uråldrigt svart hål i det tidiga universums högdensitetsmiljö långt innan stjärnor bildades. De hoppas att deras fortsatta forskning ska bevisa detta.

"Vi försökte uppskatta hur många uråldriga svarta hål som kan finnas i universum och hur många av dem LIGO kommer att upptäcka," beskriver Magaraggia. "Våra resultat är uppmuntrande. Vi förutspår att subsolare svarta hål som det LIGO kan ha observerat borde vara sällsynta vilket stämmer överens med hur sällan sådana händelser hittills har setts."

Det var de banbrytande sovjetiska vetenskapsmännen Yakov Zeldovich och Igor Novikov, som arbetade under kalla krigets begränsningar som var de första att föreslå existensen av uråldriga svarta hål. I början av 1970-talet utvecklade den välkände teoretiske fysikern Stephen Hawking deras arbete och föreslog att dessa mystiska objekt borde finnas i stort antal och strålar ut energi som kan förklara mysteriet med mörk materias bildning.

När LIGO blev operativt och i  drift hjälpte det till att ge de tidigaste bevisen för deras ovan personers teorier. Instrumentet upptäckte första gravitationsvågen den 14 september 2015 vilket inledde en ny era inom astronomin och gav  bevis för Albert Einsteins allmänna relativitetsteori.

Det enorma observatoriet LIRGO består  av anläggningar i Hanford, Washington, och Livingston, Louisiana. LIRGO arbetar i samordning med Virgo-gravitationsvågsdetektorn i Italien och det underjordiska KAGRA-observatoriet i Japan och bildar ett nätverk känt som LVK och letar efter svarta hål  områden i rymden så kompakta att dessa håls gravitation hindrar allt inklusive ljus från att undkomma.

Framtida uppgraderingar av LIGO kommer att göra observatoriet än mer känsligt. Instrumentet, som består av två L-formade detektorer med 4 km långa vakuumarmar kommer fortfarande inte att kunna se konkreta gravitationsvågor från Big Bang. Den är egentligen utformad för att upptäcka högfrekventa vågor från relativt nyligen inträffade våldsamma stjärnhändelser (som gravitationsvågor från supernovor).

Gravitationsvågsdetektorer i framtiden kommer däremot att kunna se mycket djupare in i kosmos, beskriver Cappelluti. Europeiska rymdorganisationens Laser Interferometer Space Antenna ( LISA) vilket skjuts upp i rymden 2035 anses kunna upptäcka gravitationsvågor från de tidigaste epokerna efter Big Bang.

Studien av signalerna kommer att publiceras i ett kommande nummer av Astrophysical Journal men kan läsas redan  här.

För min del tror jag att de svarta hål kom till samtidigt som BigBang skedde. Kanske de är rester av ett tidigare universum som över tid blev så packat av materia att det blev till en så sluten och liten area att det exploderade och bildade vårt universum i det vi kallar BigBang.

Svarta hål, Higgsmassa och en sjudimensionell geometri

 

Bild https://websrv.saske.sk/uef/en  Förening av svarta håls stabilitet och elementarpartikelmassa via 7D-geometri  Schematisk illustration av ramverket som presenteras i den 7-dimensionella Einstein-Cartan-teorin på en G2-mångfald med torsion (syftar på deformationen av ett material när det utsätts för vridmoment eller rotationskrafter). Vänstra panelen (bilden) visar 7D G2-manifold torsionsknuten. Geometrisk torsion genererar en repulsiv kraft vid Plancktätheter (centralt infälld), vilket stabiliserar en svart hål-rest. Genom dimensionsreduktion identifieras torsionsvakuumförväntansvärdet med den elektrosvaga skalan (≈246 GeV) vilket naturligt ger Higgsfältvakuumförväntningsvärdet (VEV) och möjliggör för elementarpartiklar att förvärva massa i 4D-rumtiden. 

Ett av de största mysterierna inom modern fysik, "informationsparadoxen om svarta hål", kan äntligen ha funnit en elegant lösning, och svaret kan också avslöja ursprunget till massan hos fundamentala partiklar. 

På 1970-talet visade Stephen Hawking, genom semiklassiska beräkningar, att svarta hål inte är riktigt svarta utan avger en svag strålning som får dem att gradvis krympa tills de försvinner. Denna process medför dock ett enormt problem: den verkar orsaka en irreversibel informationsförlust, vilket bryter mot kvantmekanikens unitaritetsprincip (den  totala sannolikheten för alla möjliga händelser eller utfall alltid är exakt ett (1) eller 100% över tid). Med andra ord säger kvantfysikens lagar att information inte kan förstöras, men avdunstningen av ett svart hål antyder något annat.

Nu föreslår en ny studie publicerad i tidskriften General Relativity and Gravitation under ledning av Richard Pinčáks team i Institute of Experimental Physics SAS Slovak Academy of Sciences i Slovakien en innovativ lösning baserad på den komplexa geometrin i ett rum med extra dimensioner.

I en artikel publicerad i General Relativity and Gravitation utforskade forskarna de fenomenologiska konsekvenserna (Fenomenologi är läran om hur vi upplever världen. Som filosofisk metod strävar den efter att beskriva fenomen ("det som visar sig") exakt så som de uppfattas av vårt medvetande, utan att vi låser in dem i teoretiska förutfattade meningar.)av en gravitationsteori, känd som Einstein-Cartan-teorin, formulerad i 7 dimensioner på en specifik matematisk struktur kallad G2-mångfald med torsion". Till skillnad från standard allmän relativitet tillåter denna teori rumtiden inte bara att böja sig utan också att "vrida" (den så kallade rumtidstorsionen).

Resultatet av denna modell är fascinerande: vid extrema tätheter, typiska för Planckskalan (Planckskalan är fysikens minsta teoretiska gräns där konventionella lagar för gravitation och kvantmekanik smälter samman). Den definieras av fundamentala konstanter som ljusets hastighet och Plancks konstant. Skalan representerar den punkt där rumtiden upphör att vara slät och istället beskrivs som ett kaotiskt "kvantskum".) och genererar denna geometriska torsion en repulsiv kraft. Denna kraft motverkar gravitationskollaps och stoppar dynamiskt det sista stadiet av Hawkingavdunstningen. Som ett resultat försvinner inte det svarta hålet i intet, utan lämnar efter sig en stabil "rest" vars förväntade massa är ungefär 9*10-41 kg.

Om det svarta hålet inte försvinner, vad händer då med informationen om all materia som föll in i det? Forskarna föreslår att denna stabila rest fungerar som ett verkligt minnesarkiv. Resten av strukturen ger en konkret mekanism för att lagra information genom spektrumet av dess "kvasi-normala modul" (karakteristiska egenskapssvängningarna hos öppna eller dissipativa fysikaliska system.).

I praktiken kodas och fångas kvantinformation inom de långlivade "vibrationerna" i torsionsfältet i restens geometri. Teamet beräknade att en rest som härstammar från ett svart hål med solens massa skulle kunna lagra den otroliga mängden cirka 1,515*1077 Qubits av information, precis tillräckligt för att lösa paradoxen.

Det som gör denna studie särskilt intressant är dess djupa koppling till partikelfysik. Forskarna visade att dimensionsreduktionen (från 7 till 4 dimensioner, vår uppfattbara rumtid) av denna geometri utgör en naturlig källa för den elektrosvaga skalan ~246$ GeV). Denna skala är känd för att vara associerad med Higgsfältet, som ger massa till elementarpartiklar.

I denna teoretiska ram identifieras vakuumförväntansvärdet (VEV) som antags av torsionsfältet dynamiskt med den elektrosvaga skalan (cirka 246 GeV). I huvudsak erbjuder samma geometriska egenskap som räddar svarta hål från att försvinna och bevarar kvantinformation också en rent geometrisk förklaring till masshierarkiproblemet inom partikelfysiken. Varför har vi inte bevis på dessa extra dimensioner än? Svaret ligger i de häpnadsväckande energiskorna som är involverade. Forskarna beräknade att partiklarna kopplade till dessa dimensioner (Kaluza-Klein-excitationer) har massor runt 8,6*1015 GeV. Detta är sju storleksordningar utanför räckvidden för Large Hadron Collider (LHC), men "osynlig" för kolliderare betyder inte "otestbar"

Teorin är långt ifrån ren spekulation eftersom den bygger på stela geometriska relationer. Om modellen är korrekt gör den specifika, falsifierbara förutsägelser som kan jagas i universums djup snarare än i ett laboratorium. Först, de stabila resterna av svarta hål (9*10-41 kg) som förutspåddes av studien kan vara en komponent i den mystiska mörka materian.

Att upptäcka gravitationssignaturen hos dessa "Planck reliker" skulle ge direkt bevis för teorin. Dessutom erbjuder informationen som kodas i deras "vibrationer" (kvasi-normala moder) en konkret matematisk ram som skiljer denna modell från alla andra. Slutligen är energinivåerna typiska för det mycket tidiga universum, vilket innebär att fingeravtryck av denna sjudimensionella geometri kan vara dolda i den kosmiska mikrovågsbakgrunden eller i primordiala (de första gravitationvågorna) gravitationsvågor. Genom att överbrygga gapet mellan de minsta skalorna av svarta hål och Higgsfältets enorma omfattning antyder denna forskning att informationsparadoxen kanske inte kräver att vi skriver om kvantmekaniken. Istället bjuder den in oss att omfamna en djupare, sjudimensionell förståelse av själva väven i vår verklighet.

 Originalpublikationen av Pinčák, R., Pigazzini, A., Pudlák, M. m.fl. Pinčák, R., Pigazzini, A., Pudlák, M. et al. Geometric origin of a stable black hole remnant from torsion in G-manifold geometry. Gen Relativ Gravit 58, 29 (2026) kan läsas här.

Detta svarta hål bildades innan det fanns en galax att växa i.

 

Bild: NASA, ESA, CSA, Lukas Furtak (Ben-Gurion-universitetet); Bildbehandling: Alyssa Pagan (STScI), av  NIRCam på NASAs James Webb Space Telescope visar Little Red Dot Abell2744-QSO1, förstorad och trippelt avbildad i galaxhopen Abell 2744 (Pandoras hop).

Vad kommer först, galaxen eller det svarta hålet? Ingen vet. men forskare har länge trott att det kan vara galaxen: Stora stjärnor inom en befintlig galax förbrukar sitt bränsle och kollapsar för att bilda svarta hål, som kan sluka omgivande material och smälta samman över tid för att öka det svarta hålets massa och storlek är den teori som gäller i dag.

Men det är svårt att förstå hur svarta hål som är miljoner till miljarder gånger gånger större än solens massa, varav tusentals nu har upptäckts skulle kunna finnas i det tidiga universum, Kunnat ha vuxit så snabbt från minimala hål om de nu fanns då. Nu har forskare som använder NASAs James Webb Space Telescope upptäckt tydliga bevis på att vissa supermassiva svarta hål var enorma från början, bildade utan en stjärnkollapsfas och utan en betydligt mer massiv galax att växa i.

"Detta är en anmärkningsvärd upptäckt," beskriver Roberto Maiolino vid University of Cambridge i Storbritannien, medförfattare till studier i ämnet publicerade i Nature och Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.   "Det är ett paradigmskifte, en total omprövning av de klassiska scenarierna för hur svarta hål bildas och växer."

Teamets slutsats bygger på detaljerade observationer av Abell2744-QSO1 (QSO1), en prototypisk Little Red Dot som existerade redan 700 miljoner år efter big bang.

Även om QSO1 bara är 1 300 ljusår tvärs över och dess ljus har färdats i mer än 13 miljarder år, är den lättare att studera än de flesta andra Little Red Dots eftersom den är gravitationellt linsad av galaxhopen Abell 2744 (Pandoras hop). QSO1 är både förstorad och trippelt avbildad, och visas på tre olika platser på himlen.

Inledande studier av QSO1 visade övertygande bevis för att det kan vara  mer än ett moln av glödande väte- och heliumgas som kretsar kring ett supermassivt svart hål uppskattat till 40 miljoner gånger större än vår sols massa. Men precis som med andra tidiga svarta hål som upptäckts av Webb fanns det osäkerhet om det verkligen var så massivt.

"Fram till nu har alla mätningar av svarta håls massa i det tidiga universum varit indirekta, baserade på antaganden från vad vi vet om dem i det lokala universum där vi finns. Vi visste inte om dessa antaganden verkligen gällde det tidiga universum," beskriver medförfattaren Francesco D'Eugenio,  från University of Cambridge. Teamet insåg att om QSO1:s svarta hål är så massivt som det ser ut.

 Cambridge-doktoranden Ignas Juodžbalis och Cosimo Marconcini vid universitetet i Florens, huvudförfattare till en av studierna, använde IFU:s observationer för att kartlägga rörelserna hos vätgasen runt det svarta hålet. När de analyserade rotationshastigheten som en funktion av avståndet från centrum, fann de att gasen har Keplerisk rörelse innebärande att den kretsar runt en central punkt på samma sätt som planeter i vårt solsystem kretsar runt solen. De fann att det svarta hålet inte bara är enormt och har ungefär 50 miljoner gånger större massa än vår sol  och utgör minst  två tredjedelar av QSO1:s totala massa. Denna andel är tusentals gånger större än oss närliggande galaxer i tid och rum där supermassiva svarta hål bara utgör en mycket liten del av värdgalaxens totala massa. Oavsett om QSO1:s svarta hål utvecklades från ett otroligt massivt litet hål som bildades inom den första sekunden av Big Bang eller något senare från kollapsen av ett gigantiskt gasmoln tillkom det nästan säkert stort och kan vara i de tidiga stadierna av att bygga en galax runt sig.

Teamet anser att små röda prickar som den nämnda QSO1 inte var sällsynta i det tidiga universum och nu håller man på att analysera liknande objekt för att ta reda på om supermassiva svarta hål faktiskt föregår galaxerna (finns innan en galax till skillnad mot vad den vanligaste teorin beskriver i dag) där de befinner sig idag.

Svarta hål kolliderar och ger ifrån sig en ton som av en vibrerande gitarrsträng

 

Bild https://www.simonsfoundation.org  När två svarta hål kolliderar och smälter samman ges gravitationsvågor. Dessa vågor kan detekteras av känsliga instrument på jorden vilket gör det möjligt för forskare att bestämma massan och rotationen hos det svarta hålet som nu bildas. Den klaraste signalen för sammanslagning av svarta hål hittills, namnet på händelsen är är GW250114 och spelas in av LIGO i januari 2025 ger nya insikter om dessa mystiska objekt. Maggie Chiang för Simons Foundation.

När svarta hål slås samman ger kollisionen ett nytt, större svart hål som avger en ton som en vibrerande gitarrsträng (eller klockklang) medan det stabiliserar sig i sin slutgiltiga  form. Men istället för ljudvågor ger det nya nu större svarta hålet av gravitationsvågor: krusningar i rumtiden något som först förutspåddes av Albert Einstein.

Det nya svarta hålet vibrerar vid en specifik uppsättning frekvenser beroende på dess massa och rotation något som sedan hjälper forskare att lära sig mer om objektet som bildades i kollisionen.

Dessa vibrationer kan ses som fingeravtrycket från ett svart hål. Att upptäcka dem är centralt för att testa Einsteins allmänna relativitetsteori i universums mest extrema gravitationsmiljöer.

Nu har forskare från University of Cambridge utvecklat en metod för att identifiera och katalogisera dessa lägen med större noggrannhet än tidigare. I tidskriften Physical Review Letters beskriver hur de sållade igenom datorsimuleringar av sammanslagningar av svarta hål och identifierade inte bara den grundläggande tonen som det svarta hålet gav utan också övertonerna de svagare harmoniska tonerna som försvinner snabbare.

"Även om det högsta läget rutinmässigt observeras i gravitationsvågsdata, är många tystare lägen mycket svårare att upptäcka, och det har pågått debatt om vilka lägen som finns och när de uppträder," sade Richard Dyer från Cambridges Institute of Astronomy, studiens försteförfattare. "Vår metod ger ett systematiskt, datadrivet sätt att lösa denna osäkerhet, och våra resultat fungerar som referens för både teoretiska studier och verkliga observationer."

Forskarna baserade sin metod på bayesiansk analys, en statistisk teknik som systematiskt väger bevis för att avgöra den mest sannolika förklaringen till en given datamängd.

Förutom de grundläggande tonerna och övertonerna fann forskarna också ovanliga 'icke-linjära lägen i data vibrationer som uppstår när två eller flera av grundfrekvenserna interagerar med varandra. Dessa är analoga med de komplexa toner en elgitarr kan producera när den spelas med kraftig distorsion. Att upptäcka dessa lägen kräver högkvalitativ data och noggrann analys för att skilja dem från brus.

"Ringdown spectroscopy är en av de mest direkta undersökningarna av svarta hål vi har," beskriver huvidförfattaren till studdien Richard Dyer from Cambridge’s Institute of Astronomyr. "Men att extrahera all information som denna är svårt. Vi ville ha ett principfast, datadrivet sätt att göra det."

Dyer och hans medförfattare Dr Christopher Moore tillämpade sin metod på en offentligt tillgänglig katalog av mycket exakta simuleringar som modellerar gravitationsvågor till den teoretiska gräns där de kan mätas rent. De registrerade vilka lägen som kunde detekteras och när över ett brett spektrum av simulerade kollisioner med svarta hål med olika massförhållanden och rotationskonfigurationer.

Forskarna säger att deras resultat kommer att vara användbara för att tolka data från aktuella gravitationsvågsdetektorer som LIGO och Virgo, samt för nästa generations detektorer. Att veta vilka frekvenser man ska söka efter i en given kollision kan göra det möjligt för forskare att utföra ännu mer precisa tester av allmän relativitetsteori till exempel att kontrollera att egenskaperna hos det slutliga svarta hålet är förenliga med vad Einsteins ekvationer förutsäger.

Den enorma kraften i jetstrålar från svarta hål

 

Bild https://www.curtin.edu.au  som visar den starka stjärnvinden då superjättestjärnan skjuter bort jetstrålarna som skjuts ut av det svarta hålet i närområdet av stjärnan. Källa: International Centre for Radio Astronomy Research

Ny forskning under ledning från Curtin University har använt ett radioteleskop för att ta bilder som mäter den enorma kraften hos jetstrålar från svarta hål vilka bekräftar forskares teorier om hur svarta hål hjälper till att forma universums struktur.

För att registrera mätningen använde forskarna en rad sammanlänkade teleskop över jorden separerade av stora avstånd för att observera jetstrålar från  svarta hål som kastades vidare utifrån ovan stjärnas vindar ungefär som starka vindar på jorden kan driva runt vatten i en fontän.

Genom att känna till vindens kraft och mäta hur mycket jetstrålarna böjdes kunde forskarna för första gången fastställa jetstrålarnas kraft från källan.

Dessutom kunde de bestämma hastigheten på det svarta hålets jetstrålar som visade sig vara ungefär hälften av ljusets hastighet eller 150 000 km per sekund.

Forskningen leddes från Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA) och Curtin-noden vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) i samarbete med University of Oxford.

Huvudförfattaren Dr Steve Prabu, som arbetade vid CIRA vid tiden för forskningen och som nu är baserad vid University of Oxford, beskriver att forskarna kunde göra mätningen med hjälp av en sekvens av bilder av "rörliga strålar"  till att beskriva jetstrålarnas rörelsemönster när de upprepade gånger avleddes i olika riktningar av superjättestjärnans kraftfulla vindar när stjärnan och det svarta hålet rörde sig runt i sina banor.

Dr Prabu beskrev att mätningen gjorde det möjligt för forskare att förstå vilken andel av energi som frigörs runt svarta hål som kunde avsättas i omgivningen och förändrade miljön.

"En viktig upptäckt från denna forskning är att cirka 10 procent av energin som frigörs när materia faller in mot det svarta hålet trycks bort av jetstrålarna," beskriver Dr Prabu.

"Detta är vad forskare vanligtvis antar i storskaliga simulerade modeller av universum, men det har varit svårt att bekräfta detta tills nu genom observation."

Medförfattaren professor James Miller-Jones, från CIRA och Curtin-noden på ICRAR, beskriver att tidigare metoder endast kunde mäta den genomsnittliga strålkraften över tusentals eller till och med miljontals år vilket förhindrade noggranna jämförelser med röntgenenergin som omedelbart frigjordes från  infallande materia.

"Och eftersom våra teorier antyder att fysiken kring skilda storlekar av svarta hål är mycket lik kan vi nu använda denna mätning för att förankra vår förståelse av jetstrålar, oavsett om de kommer från svarta hål med 10 eller 10 miljoner gånger solens massa," beskriver professor Miller-Jones.

"Med radioteleskopprojekt som Square Kilometre Array Observatory som för närvarande byggs i Western Australia och Sydafrika, förväntar vi oss i framtiden att upptäcka jetstrålar från svarta hål i miljontals avlägsna galaxer och den ankarpunkt som denna nya mätning ger kommer att hjälpa till att kalibrera deras totala effekt.

"Svarta håljetstrålar ger en viktig källa till återkoppling till omgivningen och är avgörande för att förstå galaxers utveckling."

I en artikel publicerad i Nature Astronomy beskriver forskarna att jetstrålarnas kraft i Cygnus X-1  ett system bestående av det första bekräftade svarta hålet och en superjättestjärna motsvarade effekten den från 10000 solar av vår sols storlek.

Sammanslagningen av två svarta hål och dess effekt

 

Bild https://interestingengineering.com  En konstnärs illustration som visar två svarta hål som på väg att kollidera.

Gammastrålning är den kraftfullaste formen av strålning som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning ingår i kosmisk strålning.

I november 2024 registrerade gravitationsvågsdetektorer den våldsamma sammanslagningen av två svarta hål miljarder ljusår bort. Vanligtvis är sådana händelser osynliga för teleskop och skapar endast svaga krusningar i rumtiden. Men den här gången hände något ovanligt. 

Svarta hål kan enklast beskrivas som stjärnor som gjort slut på sitt bränsle och kollapsar inåt. En större stjärna har kollapsat under sin egen tyngd och gravitationen hos detta nya objekt har blivit så stark att elektromagnetisk strålning (bland annat ljus) inte kan ta sig ifrån dess yta. Allmän relativitetsteori (liksom de flesta modeller om gravitation) säger inte bara att svarta hål kan finnas utan förutsäger att de kommer att bildas i naturen närhelst tillräckligt stor mängd materia packas i en viss region, genom ett skeende som kallas gravitationskollaps. 

I en ny studie  beskrivs (se nedan) att rymdteleskop bara sekunder efter att signalen anlände till jorden upptäckte utbrott av gammastrålar (GRB) från samma område därute i kosmos.

Sammanslagningen är känd som S241125n och visar att  kollisioner mellan svarta hål under sällsynta förhållanden kan lysa upp kosmos för en kort stund. Studiens resultat  utmanar den länge hållna uppfattningen att sammanslagningar av svarta hål sker i  vakuum miljöer där minimalt med material finns tillgängligt för att producera strålning. Händelsen dök först upp i data från LIGO–Virgo–KAGRA-nätverket av gravitationsvågsobservatorier. Dessa instrument upptäckte rumtidskrusningar som produceras när två svarta hål slås samman.

Signalen indikerade att händelsen inträffade cirka 4,2 miljarder ljusår bort från jorden vilket motsvarar en kosmisk rödförskjutning på cirka 0,73. 

Tillsammans vägde de två svarta hålen mer än 100 gånger solens massa, vilket placerar händelsen bland de mest massiva sammanslagningar av stjärnmassor som hittills upptäckts. De flesta tidigare observerade sammanslagningar involverar system med  några tiotals solmassor.

Strax efter att gravitationsvågorna nådde jorden dök något oväntat upp i rymdteleskopdata. Ungefär 11 sekunder efter sammanslagningssignalen upptäckte NASAs Swift-satellit ett kort gammautbrott, en intensiv men kort blixt av högenergistrålning, som kom från samma område på himlen.

Kort därefter identifierade Kinas Einstein Probe-satellit en potentiell röntgenefterglöd från samma region. För att förklara hur en sammansmältning av svarta hål kan generera ljus föreslår forskarna att händelsen inträffade i en särskilt energirik miljö i skivan av gas och damm som omger ett supermassivt svart hål i en aktiv galaxkärna (AGN).Hittills har binära svarta håls sammanslagningar endast kunnat upptäckas genom gravitationsvågor. Att se ljus från sådana händelser skulle ge värdefulla ledtrådar om miljöerna där dessa kollisioner äger rum.

Upptäckten kan  hjälpa forskare att förstå hur extremt massiva svarta hål med stjärnmassa bildas. Om sammanslagningar sker inne i aktiva galaxskivor kan upprepade kollisioner i sådana miljöer gradvis skapa allt större svarta hål.

För tillfället är dock bevisen tydliga snarare än definitiva. "Vår modell är prediktiv och vi betonar vikten av att ytterligare begränsa sammanslagningens banexcentricitet och genomföra djupfältsobservationer galaxen där det skedde för att testa vår förklaring," tillägger studieförfattarna Shu-Rui Zhang, Yu Wang, Ye-Fei Yuan, Hiromichi Tagawa, Yun-Feng Wei, Liang Li, Zheng-Yan Liu, Wen Zhao, and Rong-Gen Cai.

Studien publicerades i The Astrophysical Journal. 

Massiva svarta hål kan finnas där vi minst anar det

 

Bild wikipedia Simulering av hur ett svart hål framför Vintergatan skulle se ut. Det svarta hålet har 10 solmassor och ses här från ett avstånd på 600 km. För att upprätthålla detta avstånd krävs en motkraft på omkring 400 miljoner g-krafter. Det går inte fotografera det centrala svarta hålet i Vintergatan då vi inte ser in i centrum från jorden. Men det beräknas finnas genom en upptäckten av en stark radiokälla i centrum som bör bero  på ett svart hål beräknad med en massa av 4 miljoner solmassor. Namnet på detta troliga svarta hål är Sagittarius_A*

Hittills har de största supermassiva svarta hålen med massor på eller nära 10 miljarder gånger större än vår sols hittats i centrum av mycket stora galaxer och i områden fyllda med andra stora galaxer.

I en massiv undersökning finansierad 2014 av National Science Foundation med syftet att väga stjärnorna sammanlagda vikt, mörk materia och centrala svarta hål i de 100 mest massiva, närliggande galaxerna, de som är större än 300 miljarder solmassor och inom 350 miljoner ljusår från jorden en region som innehåller miljontals galaxer. Ett av målen är att hitta ättlingar till lysande kvasarer som kan döljas i stora närliggande galaxer.

Det supermassiva svarta hålet som hittades i NGC1600 är en av projektets första framgångar och som bevisar värdet av en systematisk genomsökning av natthimlen istället för att bara titta i stjärntäta områden som de stora galaxhoparna Coma- och Virgo-hoparna. 

Baserat på spektra tagna av Gemini-teleskopet av centrum av NGC 1600, färdas de flesta stjärnor inom det svarta hålets inflytelsesfär. Ett område av cirka 3 000 ljusårs radie på mestadels cirkulära banor runt det svarta hålet. Det är som om stjärnorna på radiella banor mot det svarta hålet har kastats bort, beskriver Chung-Pei Ma, professor i astronomi vid UC Berkeley och chef för Massive Survey, en studie av de mest massiva galaxerna i det lokala universum med målet att förstå hur galaxer bildas och växer sig supermassiva. Detta skulle bara gälla om de närmaste stjärnorna spreds från ett svart hål-par och slungades bort, precis som NASA slungar rymdsonder runt andra planeter för att ge snabbare hastighet genom solsystemet. Troligen kan denna effekt uttolkas här med.

Det svarta hålets inflytelsesfär det område där massan av synliga stjärnor motsvarar massan av det svarta hålet  är mycket större än händelsehorisonten, platsen utan återvändo som bör vara ungefär åtta gånger större än Plutos bana. 

"På något sätt har stjärnorna stoppats komma nära centrum i mycket massiva galaxer eller klarade de inte att komma in av någon motkraft eller så kom de in och blev utsparkade," beskriver Ma. Stjärnbanorna runt centrum av NGC 1600 indikerar det senare, vilket "kan ge stöd för ett binärt svart hål bildat genom en sammanslagning." Och att denna pågående sammanslagning den gången störde och stötte bort närgångna stjärnor.

Mysteriet med de röda prickarna i universums barndom kan ha lösts

 

Bild https://news.ku.dk  De små röda prickarna är unga svarta hål insvepta i en kokong av gas som de konsumerar för att växa sig större. Denna process genererar enorm värme som visar sig som små röda prickar. Foto: JWST/Darach Watson

Sedan december 2021, då James Webb-teleskopet upptäckta det första ljuset har forskare runt om i världen undrat över dessa röda prickar bland stjärnor och galaxer i bilderna som teleskopet tagit.

De så kallade 'små röda prickarna' kan ses när universum "bara" var flera hundra miljoner år gammalt för att en miljard år senare verka ha försvunnet helt.

Vissa forskare hävdade att de var massiva galaxer, tillräckligt kraftfulla för att James Webb Space Telescope skulle kunna upptäcka dem 13 miljarder år senare. Men den teorin passade inte med hur lång tid  galaxer tog på sig att utvecklas efter Big Bang. Galaxerna bör uppkommit senare (eller att de röda prickarna över tid försvann).

Efter två års kontinuerlig analys av bilder med röda prickar har forskare från Niels Bohr-institutets Cosmic Dawn Centre i Köpenhamn funnit en förklaring. De är de första svarta hålen. De röda prickarna har därmed gett forskare insikt i hur universums första svarta hål kom till. (detta var vad jag också misstänkte att de var, de första svarta hålen eller hål som kom till redan vid BigBang)

"De små röda prickarna är unga svarta hål, hundra gånger mindre massiva än nuvarande insvepta i en kokong av gas som de konsumerar för att växa sig större. Denna process genererar enorm värme som lyser igenom kokongen. Denna strålning genom kokongen är det som ger de små röda prickar dess färg," beskriver professor Darach Watson, en av huvudforskarna bakom studien och beskriver.

"De är mycket mindre massiva än vad folk tidigare trott, så vi behöver inte åberopa helt nya typer av händelser för att förklara dem."

Upptäckten har placerat forskarna från Cosmic Dawn Centre på förstasidan av en av världens största vetenskapliga tidskrifter, Nature  

Studiens författare är V. Rusakov, Darach. Watson, G. P. Nikopoulos, Gabriel Brammer, R. Gottumukkala, T. Harvey, Kasper Elm Heintz, R. Damgaard, S. A. Sim, Albert Sneppen, A. P. Vijayan, N. Adams, D. Austin, C. J. Conselice, C.M. Goolsby, Sune Toft, J. Witstok.

Svarta hål är inte alltid intresserade av att dra in materia allt verkar bero på tid och rum.

 

Bilden https://www.almaobservatory.org är en bild i hög upplösning från  ALMA-teleskopet i Chile av molekylgas, spårad genom emission från kolmonoxidmolekylen i  fyra sammansmältande galaxer med dual AGN. Vi kan tydligt se stora koncentrerade reservoarer av molekylär gas. Källa: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ M. Johnstone et al. / CATA / J. Utreras

Svarta hål anses sluka allt som kommer i dess väg. Men astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA teleskopet i Chile) har upptäckt att även supermassiva svarta hål kan vara selektiva av vad de drar i sig vilket kan påverka deras tillväxt. Ett internationellt team av astronomer under ledning av Makoto A. Johnstone, doktorand vid University of Virginia, gjorde denna upptäckt.

De upptäckte att när två massiva, gasrika galaxer smälter samman, driver gravitationen enorma mängder kall molekylär gas mot galaxernas centrum och dess svarta hål (SMBH) finns. Dessa i tid korta turbulenta faser kan lysa upp det ena eller båda de svarta hålen vilket då gör dem till några av de mest energirika objekten i universum. Förvånande nog, hyser inte alla sammanslagna galaxer två aktivt matande svarta hål. Vissa visar bara ett, medan andra inget alls (kan det bero på att mängden tät gas döljer det svarta hålet alternativt att hålen ligger på linje från oss sett så enbart ett kan ses).

Observationerna avslöjade en tät, kaotisk hög av gasmoln runt många svarta hål (särskilt de mer massiva), vilket tyder på att sammanslagningar är mycket effektiva till att leverera bränsle för tillväxt av svarta hål. Ändå ökar inte den nuvarande ljusstyrkan hos de svarta hålen (vilket är ett mått på hur snabbt de växer) med mängden tillgänglig gas. Även med gott om gas i närheten småäter de flesta SMBH:er snarare än frossar vilket tyder på att tillväxten av svarta hål under sammanslagningar kan vara mycket ineffektiv, med inkonsekvent nedbrytning av gas på korta tidsskalor.

"Den ineffektiva tillväxten av det observerade supermassiva svarta hålet, även när täta reservoarer av molekylär gas finns tillgänglig, väcker frågor om de fysiska förhållanden som krävs för att utlösa tillväxtepisoder," beskriver Makoto. "Förutom att förekomma i extremt dammiga miljöer är AGN-aktiviteten sannolikt mycket variabel och episodisk vilket kan förklara varför det har varit så svårt att upptäcka två samtidigt aktiva svarta hål vid sammanslagningar."

Teamet jämförde system där båda var aktiva svart hål (dual AGN) med sammanslagningar där endast ett visade tydlig aktivitet (enkel AGN). I några av dessa enskilda AGN-fall verkade det svarta hålet inte dra till sig gas vilket kan vara för att det inte fanns mycket gas att observera (eller kan det vara för det andra svarta hålets gravitationseffekt var mycket starkare?). 

I andra fall observerades gasen men det svarta hålet vägrade fortfarande dra den till sig möjligen kan det bero  på att observationen hamnade mellan indragningar. "Dessa unika ALMA-observationer visar hur svarta hål aktivt matas under en stor galaxsammanslagning. En händelse som vi starkt misstänker är avgörande för att etablera den observerade kopplingen mellan tillväxt av svarta hål och galaxutveckling. Det är först nu, tack vare de unika och revolutionerande ALMA-möjligheterna som denna studie var möjlig," beskriver Ezequiel Treister, huvudansvarig forskare för detta forskningsprojekt och medförfattare till studien.

Resultaten av undersökningen finns i "Molecular Gas in Major Mergers Hosting Dual and Single AGNs at <10 kpc Nuclear Separations" av Makoto A. Johnstone m.fl. i Astrophysical Journal. 

Nyhet om mörk materia

 

Bild https://www.u-tokyo.ac.jp/ Gammastrålebild av Vintergatans gloria. Gammastrålningsintensitetskarta exklusive komponenter utöver halo som sträcker sig cirka 100 grader i riktning mot galaxens centrum. Den horisontella grå stapeln i den centrala regionen motsvarar det galaktiska planområdet, som uteslöts från analysen för att undvika stark astrofysisk strålning. ©2025 Tomonori Totani, Tokyos universitet.

Ännu vet ingen vad mörk materia. Hittills har forskare endast kunnat observera mörk materia indirekt genom dess effekter på observerbar materia, såsom dess förmåga att ge tillräcklig gravitationskraft för att hålla galaxer samman. Anledningen till att mörk materia inte kan observeras direkt är att partiklarna som utgör mörk materia inte interagerar med elektromagnetisk kraft vilket visas genom att mörk materia inte absorberar, reflekterar eller avger ljus.

Många forskare antar att mörk materia består av något som kallas svagt interagerande massiva partiklar tyngre än protoner men som interagerar mycket lite med annan materia. Trots denna brist på interaktion förutspås det att de två partiklarna kommer att annihilera varandra och släppa ut andra partiklar, inklusive gammastrålfotoner när de kolliderar.

Forskare har i åratal riktat in sig på områden där mörk materia är koncentrerad, ex Vintergatans centrum, genom astronomiska observationer för att finna dessa specifika gammastrålar. Med hjälp av de senaste uppgifterna från Fermi Gamma-ray Space Telescope tror professor Tomonori Totani vid astronomiavdelningen vid Tokyos universitet att han äntligen har upptäckt de specifika gammastrålar som förutsägs av annihilation av teoretiska mörka materiepartiklar.

Vi upptäckte gammastrålar med en fotonenergi på 20 gigaelektronvolt (20 miljarder elektronvolt) som sträckte sig i en haloliknande struktur mot centrum av Vintergatan. Gammastrålningsemissionskomponenten matchar mycket den form som förväntas av mörk materie-halo,"  beskriver Totani.

Viktigt är att dessa gammastrålemätningar inte  kan förklaras lätt av andra vanligare astronomiska fenomen eller gammastrålningsutsläpp. Därför anser Totani att dessa data är en stark indikation på gammastrålningsemission från mörk materia.

"Om detta stämmer, så långt jag vet, skulle det vara första gången mänskligheten har 'sett' mörk materia. Och visar att mörk materia är en ny slags partikel som inte ingår i den nuvarande standardmodellen för partikelfysik. Detta innebär en stor utveckling inom astronomi och fysik," beskriver Totani.

Men även att hans gammastrålemätningar detekterar mörka materiepartiklar, måste hans resultat verifieras genom oberoende analyser av andra forskare. Även med denna bekräftelse vill forskarna ha ytterligare bevis för att den haloliknande strålningen faktiskt är resultatet av mörk materia-annihilation snarare än från andra astronomiska fenomen. Ytterligare bevis av kollisioner på andra platser som hyser hög koncentration av mörk materia skulle stärka dessa initiala resultat. Att upptäcka samma energi som gammastrålningsutstrålningar från dvärggalaxer inom Vintergatans halo till exempel skulle stödja Totanis analys.

Tomonori Totani studie är publicerad som  "20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation i" Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (IOPscience): November 26, 2025, doi:10.1088/1475-7516/2025/11/080.. Länk 

Teleskopet XL-Calibur mätresultat ska avslöja svarta håls hemligheter

 

Bild https://source.washu.edu Det ballongburna teleskopet XL-Calibur sköts upp för en sex dagar lång flygning från Swedish Space Corporations Esrange Space Center i Kiruna i juli 2024. Under den flygningen tog teleskopet mätningar på det svarta hålet Cygnus X-1, som finns cirka 7 000 ljusår bort. Forskare vid Washington University i St. Louis kommer att använda resultatet för att förbättra datormodeller till att simulera och avslöja ytterligare mysterier kring svarta hål. (Foto: NASA/SSC).

I ett internationellt samarbete mellan fysiker och forskare vid Washington University i St. Louis det har gjorts mätningar med syftet att bättre förstå hur materia faller in i svarta hål och hur enorma mängder energi och ljus frigörs vid processen.

Forskarna riktade ett ballongburet teleskop kallat XL-Calibur mot ett svart hål, Cygnus X-1, vilket finns cirka 7 000 ljusår från jorden. "De observationer vi gjorde kommer att användas av forskare för att testa allt mer realistiska, toppmoderna datorsimuleringar av fysiska processer nära detta och andra svarta hål," beskriver forskarna Henric Krawczynski, Wilfred R. och Ann Lee Konneker Distinguished Professor i fysik och fellow vid WashU:s McDonnell Center for the Space Sciences.

 XL-Calibur, mäter polarisationen av ljus innebärande riktningen på elektromagnetiska fältvibrationer. Information om riktningen och vibrationerna ger forskare viktiga ledtrådar för att bestämma formen på den extremt heta gas och det material som i  våldsam fart kretsar omkring svarta hål.

Observationerna och analysen av insamlad data från Cygnus X-1 publicerades nyligen i The Astrophysical Journal och inkluderar den mest precisa mätningen hittills av den hårda röntgenpolarisationen från ovan svarta hålet. Artikeln skrevs i samarbete med flera av Krawczynskis fysikkollegor vid WashU, inklusive doktoranden Ephraim Gau och postdoktorala forskaren Kun Hu, som var mycket involverade i forskningen som korresponderande författare.