Mörk energi kan ha resulterat i och resultera i, oräkneliga BigBang i evighet

 

Några teoretiska fysiker har föreslagit att universum inte har något slut (och som jag förstår ingen början).

I en ny studie försöker de definiera den mörka energins natur - ett mystiskt fenomen som tros få universum att expandera allt fortare vilket enligt dem inte ger sken av en början en gång för alla av universum eller ett definitivt slut på universum i en fjärran framtid. Snarare, beskriver de, kan mörk energi med jämna mellanrum "slås på" och då växer universum eller slås av och då krymper universum till en slutlig punkt och åter sker då en BigBang och ett nytt universum uppkommer. 

Vårt universum upplever för närvarande en fas av skenande expansion: kosmos blir större och expanderar allt snabbare för varje ögonblick. Kosmologer förstår inte orsaken till denna acceleration, som de kallar och tror är en mörk energipåverkan. Om denna acceleration kvarstår kommer vårt universum så småningom att expandera så vi inte kan se stjärnor utan bara mörker från den plats vi observerar (allt försvinner allt längre bort i alla riktningar) . Såvida inte också materia och strålning expanderar så allt sönderfaller (vilket vi inte vet, om så sker då vi är en del av detta sönderfall och kan inte upptäcka det utan vi försvinner bara en gång enligt hur jag tolkar det).

 Vårt universum efter vårt BigBang skulle inte vara den första perioden av skenande tillväxt och sönderfall i så fall. I de tidigaste ögonblicken av vårt  Big Bang var energierna och densiteten så extrem att befintlig fysik inte klarar av att förstå den - den förutsäger en singularitet, en punkt med oändlig densitet där matematiken bryts samman. Därefter upplevde universum en period av otroligt snabb expansion som kallas inflation.

Astronomer har länge undrat om dessa två faser av accelererad expansion - en i de tidigaste ögonblicken av Big Bang och en i den nuvarande epoken – har ett samband och om det är denna enhet som driver dem båda något som då undviker problemet med big bang singularitet. (se mitt inlägg från 28 febr där en idé finns som kan ge en teori av förklaring på detta.)

För att svara på frågan publicerade ett par teoretiska fysiker en studie den 7 februari i preprintdatabasen arXiv där forskarna Molly Burkmar Institute of Cosmology and Gravitation Portsmouth, United Kingdom och Dr Marco Bruni Reader in Cosmology and Gravitation, Faculty of Technology, Institute of Cosmology & Gravitation beskriver hur de undersökte en modell av universum där mörk energi alltid har spelat en stor roll. Tidigare forskning modellerade mörk energi som att den "slås på" vid olika tidpunkter för att driva en kosmisk expansion, men den nya forskningen föreslår en mer realistisk modell som inkluderar materia och strålning.

De ville se om mörk energi kan undvika en Big Bang-singularitet, driva inflation och påskynda det sena universum. För att undvika den initiala singulariteten kan universum inte börja från en punkt med oändlig densitet. Istället måste universum vi lever i vara ett i en oändlig serie av upprepade "Big Bounces".

I det här scenariot driver mörk energi universum genom accelererande expansion tills det når en viss storlek. Efter den storleken kommer den mörka energin universum att dra ihop sig. (frågan är varför den mörka energin i så fall fungerar som ett relä och ändrar riktning något slags spänning måste då finnas som ger reläförändringen) Kosmos drabbas sedan av en stor indragning men precis innan den når ett tillstånd av oändlig densitet vänder mörk energi igen riktning och  en period med otroligt snabb inflation sker som startar cykeln på nytt (BigBang sker).

Forskarna fann denna  modell av mörk energi som kunde förklara hur. Men avgörande var att materia och strålning inte kunde vara närvarande i det extremt tidiga universum om de var detta förstörde de inflationen enligt denna modell. Istället måste materia och strålning dyka upp strax efter inflationen, när en del av den mörka energin förföll bort och då översvämmades universum med ljus och materia. Även om de teoretiskt lyckades kunde forskarna inte hitta en generisk klass av mörka energimodeller som alltid kunde leda till samma resultat. Istället var de tvungna att artificiellt lägga in ett mindre värde för dagens accelererade expansion än kvantmekaniken förutspår för att få exakt rätt resultat (så något verkar likväl inte stämma).

Denna nya forskning pekar dock i en lovande riktning, vilket ger en livskraftig plattform för att ytterligare utforska modeller som denna. Människor är inte nödvändigtvis avsedda att leva i ett kallt, tomt kosmos, eftersom mörk energi kan bete sig annorlunda i en avlägsen framtid. Endast fortsatt forskning kommer att avslöja vårt slutliga öde om vi nu kan förstå vad vi undersöker,.

Inlägget ovan har sitt ursprung i en artikel i  https://www.livescience.com/ av  Paul M. Sutter är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York City diskuterar ovan teori.

Bild vikmedia Skapad och renderad speciellt för Wikimedia.org av Pablo Carlos Budassi.

I universums äldsta stjärnkluster M92-stjärnhopen är natthimlen en otrolig syn.

 

Messier 92 är en klotformig stjärnhop i den norra delen i stjärnbilden Herkules.

James Webb teleskopet har här upptäckt en av de äldsta stjärnhoparna i Vintergatan och avslöjat en region där det kryllar av stjärnor.

Webbteleskopet observerade den klotformiga hopen Messier 92, känd som M92, tidigt efter förra sommaren. Det tog bara en timme för teleskopet att fånga den glittrande bilden ovan enligt ett uttalande från Space Telescope Science Institute  varifrån bilden släpptes den 22 februari.

Webb byggdes främst för att studera de avlägsnaste objekten i universum och upptäckte då mångfalden av  stjärnor i M92-hopen som finns cirka 27000 ljusår bort. Webbteleskopet upptäckte här även  svagt lysande stjärnor som  inte kunnat upptäckas med Hubbleteleskopet.

Några av stjärnorna i bilden är små, bara 0,1 av vår sols massa, säger Roger Cohen, astronom vid Rutgers University och en av forskarna bakom observationerna, i ett uttalande. Det här är väldigt nära gränsen för vad som kallas stjärnor och inte bruna dvärgar. Objekt med så låg massa att de inte kunnat antända vätet i sina kärnor."

Bilden, som tagits av Webbs Near Infrared Camera (NIRCam), avslöjar en liten del av M92-klustret. Hela stjärnhopen är cirka 100 ljusår bred och består av 300000 stjärnor. Om en bebodd planet som jorden skulle kretsa kring en av dess stjärnor, skulle varelserna på dess yta ha en magnifik utsikt över natthimlen. En himmel som skulle lysa tusentals gånger ljusare än den människorna kan se av  sin natthimmel från jorden.

M92 är ett av de äldsta klotformiga klustren i Vintergatan och  består av stjärnor som bildades för 12 till 13 miljarder år sedan. En tid då universum endast var några hundratals miljoner år gammalt. Galaxen innehåller några av de äldsta stjärnorna som  upptäckts, säger astronomen Matteo Correnti vid den  italienska rymdorganisationen, som hjälpte till att analysera data från Webb.

"Klotformiga kluster som M92 är mycket viktiga att undersöka för vår förståelse av stjärnutveckling", sa astronomen Alessandro Savino vid University of California, en annan medlem av Webbs vetenskapsteam, i ett uttalande.

Bild www.space.com Detalj av den klotformiga hopen Messier 92 (M92) fångad av Webbs NIRCam-instrument. Det här synfältet täcker den nedre vänstra fjärdedelen av den högra halvan av bilden. Bilden visar stjärnor på olika avstånd från centrum, vilket hjälper astronomer att förstå stjärnornas rörelse i hopen och fysiken i den rörelsen. (Bildkredit: NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)).

I universums ”barndom” var stjärnorna enorma i storlek

 

De första stjärnorna i kosmos var upp till över 10 000 gånger större än vår sols massa vilket är ungefär 1 000 gånger större stjärnor än de största stjärnorna som idag finns därute enligt en ny studie. I vår tid är de största stjärnorna 100 solmassor. Men i det tidiga universum bestod universum av mycket stora stjärnor. Stjärnor som snabbt gjorde slut på sitt bränsle och gjorde slut på sitt bränsle redan efter ca 1 miljon år, enligt nya forskarrön.

Genom sin storlek och sin korta existens fick universum vid dessas kollaps därefter nya grundämnen. De som sedan blev grunden till våra stjärnor av i dag och till uppbyggnaden av ex människan.

För mer än 13 miljarder år sedan, inte långt efter Big Bang, hade universum inga stjärnor. Det fanns inget annat än en varm soppa av neutral gas, nästan helt bestående av enbart väte och helium. Under hundratals miljoner år pressades den neutrala gasen  samman av gravitation till allt tätare bollar av materia. Denna tid är känd ses som den kosmiska mörka tiden.

I dagens universum kollapsar täta bollar av materia snabbare och då bildas stjärnor. Men det beror på att det moderna universum har något som det tidiga universum saknade: många olika grundämnen tyngre än väte och helium. Detta gör att de täta klumparna bestående av damm och gas i dag kan dras samman snabbt och  till hög densitet för att utlösa kärnfusion den process som driver stjärnors ljus och sken genom att kombinera lättare grundämnen till tyngre.

Men det enda sättet att få tyngre element i första skedet av universum var genom kärnfusionsprocess. Flera generationer av stjärnor som bildades, smälte och dog och berikade kosmos till dess nuvarande tillstånd av grundämnen.

Utan förmågan att snabbt släppa ifrån sig  värme måste den första generationen stjärnor bildats under mycket olika och mycket svåra förhållanden mot dagens stjärnor. För att förstå hur  de första stjärnor kom till vände sig ett team av astrofysiker till sofistikerade datorsimuleringar som skulle visa förhållandena  som vi förstår dem under  de mörka åldrarna då nästan enbart väte och helium fanns,  för att förstå vad som hände då. Resultatet  beskrevs i januari i en artikel som publicerades i preprintdatabasen arXiv och skickades in för peer review till Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Det teori som utarbetades innehåller alla vanliga kosmologiska ingredienser: den mörka materian för att skapa galaxer, utveckling och ihopklumpning av neutral gas, strålning, kylning och ibland uppvärmning av gas. Teorin innehåller också något som andra har teorier saknat: kallfronter – snabba strömmar av kyld materia – som smäller in i redan bildade strukturer.

Forskarna fann att en komplex ström av interaktioner av detta slag föregick den första stjärnbildningen. Neutral gas började samlas och klumpa ihop. Väte och helium släppte ut lite värme vilket gjorde det möjligt för klumpar av den neutrala gasen att långsamt nå högre densitet.

Dessa bildade klumpar med hög densitet blev mycket varma och producerade strålning som bröt isär den neutrala gasen och hindrade den från att fragmenteras i  mindre klumpar. Det innebar att stjärnor bestående av dessa klumpar kunde bli otroligt stora. Dessa fram och tillbaka interaktioner mellan strålning och neutral gas ledde till massiva pooler av neutral gas vilket blev början på de första galaxerna. Gasen djupt inne i dessa protogalaxer bildade snabbt snurrande ackretionsskivor - snabbt flytande ringar av materia som bildas runt protostjärnor inklusive svarta hål i universum. 

Under tiden och runt protogalaxernas ytterkanter slog kalla fronter av gas ner. De kallaste, mest massiva fronterna trängde in i protogalaxerna hela vägen fram till ackretionsskivan runt en protostjärna. Dessa kallfronter smällde in i skivorna och ökade snabbt både deras massa och densitet till en kritisk tröskel, vilket gjorde att de första stjärnorna kunde komma till och då i enorm storlek.

De första stjärnorna var inte vanliga fusionsstjärnor som vår sol. De var gigantiska klumpar av neutral gas som tändes genom fusion i dess kärna med en gång utan att först  fragmenteras i små bitar vilket sker i dagens stjärnbildningsprocess. Den resulterande stjärnmassan var enorm.

De första stjärnorna var mycket ljusstarka och bestod under kort tid, mindre än en miljon år. (Stjärnor i det moderna universum kan existera i miljarder år). Därefter skulle dessa första stjärnor slutat som supernovor. 

Dessa supernovor gav upphov till element tyngre än väte och helium - som sedan blev början till nästa generation av stjärnbildning vår tids stjärnor. Men då universum efter hand blev alltmer förorenad av tyngre element än väte och helium kunde processen då enorma stjärnor bildades av väte och helium aldrig mer kunna uppkomma.

Själv ser jag det som möjligt att hitta dessa jättar som var väldigt ljusstarka men kortlivade i sökandet i tid och rum med James Webbteleskopet. Om de  nu funnits.

Inlägget har som utgångspunkt en artikel av Paul M. Sutter är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York City

Bild vikimedia tagen av Hubble teleskopet. I den här bilden förstoras och förvrängs en avlägsen galax ljus kraftigt av effekten av gravitationlinsing. Efter att bilden släppts offentligt använde astronomer bilden för att mäta galaxens avstånd från oss vilket visade sig vara 9,4 miljarder ljusår.

Något stör i Kuiperbältet men vad är det?

 

Det finns ett mysterium i vårt solsystem som visar sig genom omloppsbanornas rörelser för objekt i Kuiperbältet. Kuiperbältet innehåller över en biljon isiga föremål som är mindre än vår måne kretsande kring solen i en munkformad ring bortom Neptunus. Mystiskt är att ett kluster av objekt i det yttre av Kuiperbältet rör sig i en elliptisk rörelse som om de gravitationellt dras åt samma håll. Den ledande hypotesen är att ett osynligt objekt, fem till 10 gånger av jordens massa orsakar drageffekten genom sin gravitation. Ett objekt som kallas Planet 9. Om det finns vet ingen men många söker efter det.

Sökande har gjorts med optiska teleskop, och i mikrovågs-, infraröda och i det elektromagnetiska vågspektrumet utan resultat.  Spekulationer finns om att det kan vara en mörk planetkärna, ett litet svart hål eller  ett kluster av mörk materia. Något av detta skulle göra objektet extremt svårt, om inte omöjligt, att upptäcka.

En okonventionell metod har föreslagits av Man Ho Chan, professor  in the Department of Science and Environmental Studies at The Education University of Hong Kong. I sin uppsats "What if planet 9 has satellites? som är  publicerad i Astrophysical Journal, fokuserar Chan på den potentiella existensen av satelliter (månar) som kanske kretsar kring Planet 9.

Att leta efter månar runt en planet som man inte vet om den finns låter som en än svårare uppgift än att leta efter  själva planeten men Chan säger att "om" Planet 9 har månar, skulle dessa objekt ha en fluktuerande värmesignaturer på sin bana runt planet  9 genom en process som heter tidvattenuppvärmning. Dessa värmesignaturer skulle vara 2,5 gånger högre än det förväntade intervallet för Planet 9 själv och skulle också vara mycket högre än några kända objekt  i Kuiperbältet. Dessa värmekällor bör kunna detekteras med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array Observatory (ALMAteleskopet i Chile), som nyligen har genomgått en kapacitetsuppgradering (om dessa månar nu finns).

Det är känt att föremål i Kuiperbältet kan ha satelliter. Pluto som finns i Kupierbältet är ett exempel vilken är mindre än vår måne och likväl har fem månar.

Astronomerna Mike Brown och Konstantin Batygin vid California Institute of Technology har efter att först ha i en studie  visat att Planet 9 inte behövdes för att förklara de elliptiska yttre banorna. De kan naturligt förklaras genom ex störningar från grupper av små asteroiders sammanlagda gravitationseffekt. En förklaring jag anser är de troligaste.

Enligt Chan kan CalTech-astronomernas föreslagna massa för Planet 9 innebär att det kan finnas  så många som 20 månar runt planet 9, vilket ökar chansen för observerbara tidvattenkraftvärmesignaturer.

Om det är en ensam planet eller en planetkärna som blivit över då solsystemet bildades kan objektet ha fått en excentrisk bana. Så bra som vi är på att upptäcka saker långt borta, tenderar objekt att vara spårbara över tid eftersom banor mestadels ligger på samma plan och rör sig i samma riktning runt solen konstant. Men en bana som inte ligger på det planet och går i en annan riktning, oavsett storlek, skulle däremot vara oerhört svår att spåra.

Om ett svart hål orsakar dragningen och  ska mätas i jordmassor för att ge denna effekt på objektens banor därute skulle detta svarta hål  vara tillräckligt litet för att passa fint i en grundskoleryggsäck. Denna lilla storlek gör gravitationslinsning och gammastrålning för svag för att registreras och skulle kräva en utvidgning av standardmodellen för att bevisa dess existens.

Om det är en hop mörk materia har denna undvikit alla metoder för detektion utom gravitationspåverkan något vi dock upptäckt existerar.

Men om månteorin stämmer kan vi med Chans arbete ha en bra strategi för att hitta dem (om planet 9 är förklaringen och denna har månar). Eftersom det inte finns några andra astrofysiska mekanismer förbi Neptunus som kan öka temperaturen till de intervall som beskrivs i hans studie bör månarna sticka ut mot den kallare bakgrunden och ge en tydlig signal om att Planet 9 om den finns och har månar existerar.

Bild vikipedia som visar en illustratörs föreställning av planet nio.

En hop av små vattenrika asteroider har upptäckts

 

Nya astronomiska mätningar inom det infraröda fältet har lett till upptäckten av en hittills okänd klass av asteroider. Det var en internationell forskargrupp bestående av geovetare från Heidelbergs universitet som upptäckte och karaktäriserade dessa tidigare okända små asteroider med hjälp av infraröd spektroskopi. De finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter och är – i likhet med dvärgplaneten Ceres  rika på vatten. 

Enligt datasimulering rörde sig dessa asteroider genom   komplexa dynamiska processer  från de yttre regionerna i vårt solsystem (kuiperbältet bortanför Neptunus åsyftas) till asteroidbältet strax efter att  de bildats vid själva solsystemets bildning.

Med en ekvator diameter på cirka 900 kilometer är dvärgplaneten Ceres det största objektet i asteroidbältet. Många andra dvärgplaneter och asteroider finns i denna region. Man beräknar att här finns ca 60000 objekt.

- Det är resterna av material från vilka planeterna i vårt solsystem skapades för fyra och en halv miljard år sedan. I dessa asteroider och dvärgplaneter och fragment av meteoriter finns många reliker som pekar direkt på processen vid planetbildning, förklarar professor Dr Mario Trieloff från Institute of Earth Sciences vid Heidelberg University.

Den aktuella studien visar att dessa små astronomiska objekt härstammar från alla regioner i det tidiga solsystemet. Med hjälp av små kroppar från det yttre av solsystemet (kuiperbältet där isiga objekt som kometer även finns) kunde vatten ha nått den fortfarande växande jorden i form av vattenrika asteroider. Då  planeterna i det inre av solsystemet tenderade att vara torra kom vatten till en del från dessa asteroider utifrån  enligt professor Trieloff, som ledde forskargruppen inom Geologi och kosmologi. 

Men varför finns eller hade det bildats vatten i dessa asteroider är en fråga. Kan det ha med kometblocken att göra? Men det förklarar inte mängden av vatten. Väte var vanligt i universums början  och är men syre var inte lika vanligt i början men ökade efterhand i universum.

Det nya infraröda spektrat uppmätt av Dr Driss Takir vid NASA:s teleskopanläggning vid Mauna Kea-observatoriet på Hawaii (USA) säger han. "Dessa astronomiska mätningar möjliggjorde identifiering av Ceres  och liknande asteroider med en diameter så liten som ner till 100 kilometer som finns i ett begränsat område mellan Mars och Jupiter nära Ceres omloppsbana", förklarar Dr Takir, astrofysiker vid NASA Johnson Space Center och huvudförfattare till studien. Samtidigt stöder dessa infraröda spektra slutsatserna om kropparnas kemiska och mineralogiska sammansättning. Precis som Ceres finns det mineraler på ytan på de upptäckta asteroiderna som härstammar från en interaktion med flytande vatten. 

Hör Ceres och dessa asteroider på något sätt samman och har samma ursprung?

Dessa små astronomiska objekt är ganska porösa. Hög porositet är ännu en egenskap som delas med dvärgplaneten Ceres. "Strax efter bildandet av asteroiderna var temperaturen inte tillräckligt hög för att omvandla dem till en kompakt bergstruktur; de behöll den porösa och primitiva karaktären som är typisk för de yttre isplaneterna som finns långt från solen," förklarar Dr Wladimir Neumann, medlem i prof. Trieloffs team. Neumann var ansvarig för datorsimuleringen av  termisk utveckling av de småobjekten. 

Vi ska komma ihåg att alla asteroider i asteroidbältet inte är vattenrika utan detta är en ny klass av asteroider som upptäckts där.

Egenskaperna hos dessa Ceres-liknande objekt och deras närvaro i en relativt smal zon av det yttre av asteroidbältet tyder på att dessa kroppar först bildades i ett kallt område vid kanten av vårt solsystem. Gravitationsstörningar i banorna på stora planeter som Jupiter och Saturnus  så kallat "jätteplanetinstabilitet" - förändrade banan för dessa asteroider så att objekten  tog kurs mot dagens asteroidbälte och genom gravitation en från detta fastna i bana här. 

Men då alla hamnat som jag förstår i samma område bör de tagit kurs dit i en större grupp och samtidigt. 

Resultaten publicerades i tidskriften "Nature Astronomy". Forskare från Frankrike och USA bidrog till forskningen, som finansierades av den tyska forskningsstiftelsen och Klaus Tschira Foundation.

Bild vikipedia på asteroidbältet som finns mellan Mars och Jupiter. Bland dessa tusentals asteroider finns ovanstående klass av asteroider.

En avlång asteroid for förbi jorden

 

En asteroid ungefär lika stor och med samma form som Empire State Building gav astronomer det perfekta tillfället att avbilda den i detalj med hjälp av radar då den svepte förbi jorden.

Den 3 februari 2023 kom asteroiden som kallas 2011 AG5 på ett närmaste avstånd till jorden av cirka 1,8 miljoner kilometer eller cirka fem gånger avståndet mellan jorden och månen. Med hjälp av 70 m Goldstone Solar System  i Barstow Kalifornien spårade forskare vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL) asteroiden, som är cirka 500 m lång och cirka 150 m bred. Observationsserien ägde rum mellan 29 januari och 4 februari.

"Av de 1 040 jordnära objekt som hittills observerats är den en av de mest långsträckta asteroider vi  sett", säger Lance Benner från JPL, som ledde observationerna, i ett NASA-meddelande.

Goldstone-observationerna visade att asteroiden hade  en konkav buckla i en av asteroidens halvklot, liksom indikationer på små ytbubblor i storlek av flera meter i diameter. Asteroiden roterar på sin färd ungefär en runda var 9: e timme och om den ses med det mänskliga ögat på nära håll skulle dess yta se lika mörk ut som svart kol.

Radarobservationer som dessa är viktiga för att förstå mer om storlekar, rotation, ytor och form på asteroider som delar vårt kosmiska grannskap. Radarobservationer är också ovärderliga för forskare som spårar och studerar jordnära objekt så kallade NEOs (Near-Earth objects).

En sådan grupp är NASA:s Center for Near Earth Object Studies (CNEOS), som har till uppgift att exakt beräkna omloppsbanorna för alla kända asteroider för att bedöma dess eventuella hot mot jorden.

För att göra detta kräver CNEOS-forskarna detaljerad information om asteroiders rörelser. Men de behöver också veta om asteroiders rotation, reflexivet och form eftersom dessa attribut kan spela en roll i hur solljus som träffar asteroidens yta vilket kan knuffa den till en ny omloppsbana. Utan detaljerad karakterisering kan forskare inte göra en exakt bedömning av en asteroids hot mot jorden.

Forskare hade redan beräknat att 2011 AG5 inte utgjorde någon risk för vår jorden. Men vid asteroidens första upptäckt 2011 var de tvungna att noggrant undersöka detta.

- Strax efter upptäckten, blev nämligen 2011 AG5 nyhetsstoff i media när vår analys visade att det var en liten chans för en framtida påverkan,. (risk för krasch på jorden) Fortsatta observationer av detta objekt utesluter dock alla chanser till påverkan, och dessa nya mätningar av planetradarteamet kommer att ytterligare förfina exakt var den kommer att befinna sig långt in i framtiden. säger Paul Chodas, chef för CNEOS

Forskare beräknade att asteroiden 2011 AG5 kretslopp runt solen tar  621 dagar. Men det kommer inte att göra ett närmande av jorden förrän 2040, då den kommer att komma inom cirka 1078260 km från jorden. Det kommer inte att vara ett hot då heller.

Bild https://www.flickr.com/ Ett diagram över jordens plats i universum i en serie av åtta kartor som visar från vänster till höger. Det börjar med jorden som flyttar till solsystemet, till solinterstellära grannskapet, till Vintergatan, till den lokala galaktiska gruppen, till Jungfruns supercluster, till våra lokala superkluster och slutar vid det observerbara universum. Upphovsman: Andrew Z. Colvin

Kan svarta hål vara källan till mörk energi?

 

Mörk energi är en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och antas vara det som ökar universums expansionstakt. Den är i vår tid sättet att förklara vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion av universum. Konkret att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Svarta hål däremot kan enligt en ny teori förklara ursprunget eller källan för denna energi.

Tingen som utgör världen omkring oss består av materia men enbart 5 % av allt i universum är materia något vi kan ta på och se  (se bild ovan där procenten mellan de skilda slagen visas  av materia och energi,  bilden är från vikipedia.  Inlägget i övrigt utgår från  Chris Pearsons Astronomy Group Lead, Space Operations Division at RAL Space, and Visiting Fellow, The Open University, Dave Clements Reader in Astrophysics, Imperial College London artikel i https://theconversation.com/).  

 27 % är mörk materia en inte helt förstådd och inte bevisad materia kanske  en form av vanlig materia som inte avger, reflekterar eller absorberar ljus. Cirka 68 % består av mörk energi. En form av energi vi ännu inte förstår. För min del anser jag mörk energi och mörk materia är en form av den energi och materia vi känner till men inte förstår)

Teorin att svarta hål kan vara källan till mörk energi beskrivs i en vetenskaplig artikel publicerad i The Astrophysical Journal Letters. Studien är ett arbete av 17 astronomer i nio länder under ledning från University of Hawaii. Samarbetet inkluderade forskare i Storbritannien, baserade vid STFC RAL Space, The Open University och Imperial College London.

Genom att söka igenom data som spänner över nio miljarder år av kosmisk historia (något som ska ses som insamlad data från stjärnor i skilda tidsepoker upp till miljarder ljusår från oss) har astronomerna upptäckt de första bevisen på "kosmologisk koppling", vilket innebär tillväxten av svarta hål över tid kopplad till expansionen av universum. Tanken att svarta hål kan innehålla något som kallas vakuumenergi (en manifestation av mörk energi, en f ysisk kraft kallad Casimireffekten och Casimir-Polderkraften som uppstår ur kvantfälteffekter. ) är inte ny och diskuterades redan på 1960-talet. Men den nya studien visar att denna energi (och därmed massan av de svarta hålen) ökar över tid och kan ha ett samband med att när universum expanderar.

Teamet beräknade hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna process. De fann att svarta hål potentiellt kan förklara den totala mängden mörk energi i universum idag.

Universum började med en Big Bang för cirka 13,7 miljarder år sedan. Energin från denna explosion i rymd och tid gjorde att universum att expanderade snabbt (och även uppkom). Länge förväntade vi oss att denna expansion gradvis skulle sakta ner på grund av gravitation.

Det här är ansågs fram till slutet av 1990-talet. Men då rymdteleskopet Hubble upptäckte något konstigt. Observationer av avlägsna (miljarder ljusår bort) exploderande stjärnor (supernovor) visade att universum expanderade långsammare i det förgångna än i vår tid. Universums expansion har inte avtagit över tid på grund av gravitation utan accelererat i hastighet.

För att försöka förstå detta föreslogs att "mörk energi" var anledningen till expansionen och att denna hade en kraftigare  effekt än gravitationen (gravitationen blev verkningslös på expansionen). Begreppet mörk energi var mycket likt en matematisk konstruktion som Einstein hade föreslagit men senare kasserat - en "kosmologisk konstant" som motsatte sig gravitationen och hindrade universum från att kollapsa.

Lösningen verkar kunna finnas i ett annat kosmiskt mysterium: svarta hål. Svarta hål uppstår vanligtvis när massiva stjärnor exploderar som en supernova. Gravitationen och trycket i dessa våldsamma explosioner komprimerar stora mängder materia till ett litet utrymme. Till exempel skulle en stjärna med ungefär samma massa som vår sol klämmas samman till några tiotals kilometer.

Ett svart håls gravitationskraft är så stark att inte ens ljus kan undkomma när det sugits in. I det svarta hålet finns en plats som kallas singularitet, där materia krossas till en punkt med oändlig densitet. Problemet är att singularitet är en matematisk konstruktion som inte borde finnas i verkligheten. De svarta hålen som finns i galaxers centrum är mycket kraftigare än de som blir till när stjärnor kollapsar (som supernovor). Dessa  "supermassiva" svarta hål i galaxers centrum kan väga miljoner till miljarder gånger mer än vår sol.

Alla svarta hål ökar i storlek genom att de drar till sig materia ex i form av stjärnor som kommer för nära eller genom att smälta samman med andra svarta hål. Så de blir allt större efterhand som universum blir allt äldre.

Teamet jämförde observationer av elliptiska galaxer, som saknar stjärnbildning. Dessa avsomnade galaxer (i betydelsen att här bildas inga nya stjärnor) har förbrukat allt sitt bränsle (gas mm mellan solsystemen där) så varje ökning av deras svarta håla massa kan inte tillskrivas de normala processerna (indragning av gas stjärnor mm) genom vilka svarta hål växer genom att ackumulera materia.

Istället föreslog teamet att dessa svarta hål  innehåller vakuumenergi och  är "kopplade" till varför universums expansion ökar. (Kanske mörk materia och energi om det finns dras in i svarta hål och ökar dess massa. Men här diskuteras att svarta hål producerar mörk energi och att denna process ökar expansionen av universum)

Denna modell ger ett möjligt ursprung för den mörka energin i universum. Det kringgår också de matematiska problem som påverkar vissa studier av svarta hål eftersom det undviker behovet av en singularitet i mitten.

Teamet beräknade också hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna kopplingsprocess. De drog slutsatsen att det skulle vara möjligt för svarta hål att tillhandahålla den nödvändiga mängden vakuumenergi för att redogöra för all mörk energi som vi mäter i universum idag.

Detta skulle inte bara förklara ursprunget till mörk energi i universum utan skulle också få oss att radikalt ompröva vår förståelse av svarta hål och deras roll i kosmos.

Mycket mer arbete måste göras för att testa och bekräfta denna idé, både från observationer och ur teori. Men vi kanske äntligen ser ett  sätt att lösa problemet med mörk energi. Vad jag förstår om detta nu stämmer skulle det även förklara varför universums expansionstakt ökar. En takt som egentligen alltid kommer att öka då, utifrån teorin att  vaccumenergin ökar.

Bild vikipedia vilken enligt uppskattning visar i bild en NASA-graf vilkenvisar att universums energiinnehåll  består av cirka 70 %  mörk energi, vars närvaro härleds i dess effekt på universums expansion. Men lite är känt om dess natur.