Fler svarta hål i det tidiga universum än väntat

 

Bild wikipedia av det svarta hålet i galaxen M87, från Event Horizon Telescope.

Det verkar finnas ett oräkneligt antal svarta hål i universum som drar till sig allt som passerar i dess närområde. De tyngsta svarta hålen, som väger miljoner eller miljarder gånger så mycket som vår sol finns i galaxers centrum. Dessa slukar allt som passerar i närheten och flammar då upp som ljusa fyrar i universum. Dessa kallas aktiva galaxkärnor. Men det finns även svarta hål inte drar  in omgivande material hela tiden, utan i perioder och i skurar vilket då får deras ljusstyrka att flimra.

Med hjälp av NASA:s rymdteleskop Hubble har nu ett internationellt forskarlag under ledning av forskare vid Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet hittat fler svarta hål i det unga universum än vad som tidigare rapporterats. De nya resultaten kan hjälpa forskare att förstå hur supermassiva svarta hål skapas.

För närvarande har forskarna inte en hel bild av hur de första svarta hålen bildades efter bigbang. Det är känt att supermassiva svarta hål  kan väga mer än en miljard solar finns i mitten av flertalet, troligen alla,  galaxer, mindre än en miljard år efter bigbang.

– Många av de här objekten verkar vara mer massiva än vi först trodde de skulle vara så tidigt i tid och rum. Antingen bildades de väldigt massiva från början eller så växte de extremt snabbt, beskriver Alice Young, doktorand vid Stockholms universitet och medförfattare till studien.

Svarta hål spelar en viktig roll i alla galaxers livscykel men det finns stora osäkerheter i förståelsen av hur galaxer utvecklas. För att få en fullständig bild av kopplingen mellan galaxers och svarta håls utveckling  använde forskarna Hubbleteleskopet för att kartlägga hur många svarta hål som finns i en population av ljussvaga galaxer då universum bara var några procent av sin nuvarande ålder.

De första observationerna av kartläggningsområdet fotograferades på nytt av Hubble efter några år. Detta gjorde det möjligt för teamet att mäta variationer i galaxernas ljusstyrka. Dessa variationer är ett tydligt tecken på svarta håls fluktuation. Forskarlaget identifierade fler svarta hål än vad som tidigare hittats med andra metoder.

De nya observationerna tyder på att vissa svarta hål troligen bildades av kollaps av massiva stjärnor under den första miljarden år av kosmisk tid. Dessa typer av stjärnor (bildade av nästan enbart väte och helium) fanns bara vid mycket tidiga tidpunkter i universum eftersom senare generationers stjärnor är förorenade av rester av stjärnor som redan har funnits och kollapsat (och vid dessa supernovor fått betydligt fler metaller).

 Andra alternativ av teori för att bilda svarta hål är kollapsande gasmoln, sammanslagningar av stjärnor i massiva hopar och "ursprungliga" svarta hål som bildades (genom fysiskt spekulativa mekanismer) under de första sekunderna efter big bang. Med denna nya information av hur svarta hål bildas kan mer exakta modeller av hur galaxer bildas konstrueras.

– Bildningsmekanismen för tidiga svarta hål är en viktig del av pusslet av galaxers utveckling, beskriver Matthew Hayes vid Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet och huvudförfattare till studien. Tillsammans med modeller för hur svarta hål växer kan beräkningar av galaxers utveckling nu placeras på en mer fysikaliskt motiverad grund, med ett exakt schema för hur svarta hål uppstod från kollapsande massiva stjärnor i tidens början.

Studien är publicerad i The Astrophysical Journal Letters.

Kan det vara så att svarta hål kan ha sitt ursprung i ett enda svart hål som fanns innan BigBang? När då gränsen för dess möjliga gravitation (sammanpressning)  och storlek blev kritisk uppstod BigBang. Och flertalet svarta hål uppkom ur det ursprungligt stora. Efter BigBang uppkom då stjärnbildning  till runt dessa av gas som kretsade runt de nu många stora svarta molnen som var en produkt av explosionen av det enorma som fyllt allt i rummet som var nästintill icke existerande i storlek. Ett annat alternativ är strängteorin den bör studeras mer för att lösa kosmos mysterier som verkar omöjliga att lösa med dagens paradigm

Universums tidiga galaxer är ljusstarkare än de teoretiskt borde vara.

 

Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) har upptäckts att nästan alla universums tidigaste galaxer var fyllda med bländande gasmoln som lyste starkare än de framväxande stjärnorna i molnet. Fenomenet som kan hjälpa till att lösa ett mysterium som hotar nuvarande teori om kosmos.

Galaxer bildades så tidigt som ca 500 miljoner år efter Big Bang, då som oregelbundna mindre stjärnhopar med en ljusstyrka som är svår att förklara: Ljusstyrka av denna storlek borde bara komma kunna komma från massiva galaxer med lika många stjärnor som Vintergatan. Men tidiga galaxer tog form på en bråkdel av den tid en det tog för vår galax att bildas och var lika ljusstarka.

Upptäckten hotar att vända upp och ner på fysikernas förståelse av hur galaxer bildas och  den vanligaste kosmologiska modellen som säger att några miljoner år efter Big Bang (för 13,8 miljarder år sedan) kondenserades energi till materia från vilken de första stjärnorna långsamt bildades.

Men då JWST kom i drift upptäcktes alldeles för många stjärnor i denna tid. Nu har astronomer hittat ett möjligt svar (en ny teori): en stor grupp av 12 miljarder år gamla galaxer, varav nästan 90 procent av dessa var insvepta i ljusstark gas som kan ha antänts av ljuset och hettan från de omgivande stjärnorna vilket utlöste intensiva utbrott av stjärnbildning då gasen svalnade. Den nya forskningsteorin har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal.

Vår artikel bevisar att växelverkan med granngalaxerna är orsaken till den ovanliga ljusstyrkan hos tidiga galaxer, beskriver huvudförfattaren Anshu Gupta, astrofysiker vid Curtin University i Australien, till Live Science. Den explosionsartade stjärnbildning som utlöstes av växelverkan kan också förklara de tidiga galaxernas massiva natur, påtalar han.

Växelverkan mellan stjärnor och gas vilket då kan förklara ljusstyrkan.

Astronomer upptäckte de ljusstarka gasmolnen i data som samlats in som en del av JWST:s Advanced Deep Extragalactic Survey, där tre av teleskopets instrument användes för att samla in infraröda bilder av galaxer för spektral analys.

Jag anser att ovan nya teori om växelverkan  är mycket trovärdig.

En bild från https://www.livescience.com   tagen av James Webb Space Telescope av galaxen MACS0647-JD enbart 400 miljoner år efter Big Bang. (Bildkredit: NASA, ESA, CSA, & STScI, APagan (STScI)/ Alamy Live News via Digitaleye)

Buffaloprogrammet ska ge kunskap om de tidigast bildade galaxerna

Universum är kanske gränslöst.

 Rymdteleskopet Hubbles tränger djupt in i tid och rum. Men täcker ett område en bråkdel av vinkelfrekvensen av storleken på fullmånen där det söker nya rön.

Nu ingår Hubbleteleskopets kapacitet i  BUFFALO programmet ett program där studenter och forskare från University of Buffalo i New York ingår.

Programmet är utformat till att identifiera galaxer i sina tidigaste stadier av sitt bildande vilket innebär mindre än 800 miljoner år efter big bang. 

Detta är en kampanjstudie som fått namnet Ultra-deep Frontier fältet och Legacy observationer (BUFFALO). Hubble ska här  skåda in i enorma galaxhopar vilka tidigare fotograferat av NASA'S Spitzer och Hubblerymdteleskopet under ett program kallas Frontier fältet.

Spännande blir det att få resultat från denna studies resultat. Nya rön kommer säkert om verkligheten därute.

Bild galaxhopen Abell 370 vilken finns 4 miljarder ljusår bort och vilken Hubbleteleskopet sökt kunskap om.