En opdagelse af et sort hul kunne tvinge os til at genoverveje, hvordan galakser opstod

Det europæiske sydobservatoriums Very Large Telescope (VLT) kiggede dybt ind i universets barndom og bekræftede for nylig opdagelsen af ​​den lyseste og hurtigst voksende kvasar. Kvasarer er lysende objekter på nattehimlen drevet af gas, der falder ned i et stort sort hul i midten af ​​en galakse.

Opdagelsen af ​​dette rekordstore objekt var fascinerende nok. Men et andet afgørende aspekt ved meddelelsen er, at den rejser store spørgsmål om galaksedannelse i det tidlige univers. Især er det stadig gådefuldt, hvordan denne kvasar, som eksisterede mindre end to milliarder år efter Big Bang, kunne have vokset sig så stor så hurtigt. At undersøge denne gåde kunne endda føre til en genovervejelse af, hvordan galakser opstod.

Sorte huller, de tætteste genstande i universet, får dette navn, fordi deres tyngdekraft er så utroligt stærkt, at ikke engang lys kan undslippe deres greb. Hvordan kan et sort hul så være oprindelsen til en så intens lyskilde?

Nå, i nogle galakser, hvor det sorte hul er tilstrækkeligt stort, bliver stof trukket ind i en voldsom høj hastighed. Når det spiraler ind, resulterer voldsomme kollisioner mellem gasser, støv og stjerner i udsendelse af enorme mængder lysenergi. Jo større det sorte hul er, jo voldsommere er kollisionerne, og jo mere lys udsendes.

Den kvasar, der var genstand for den seneste undersøgelse, kendt som J0529-4351, har en masse svarende til 17 milliarder sole og er utrolig stor. Der er en spiralskive af stof, der spænder over en bredde på syv lysår i centrum af galaksen, og det sorte hul vokser ved at akkumulere (akkumulere) dette stof. Skivens bredde er sammenlignelig med afstanden mellem Jorden og det næste nærmeste stjernesystem, Alpha Centauri.

Gemmer sig i vid udstrækning

Det sorte hul vokser hurtigt ved at forbruge en rekordstor mængde masse, svarende til en sol hver dag. Denne intense ophobning af stof frigiver en mængde strålingsenergi, der svarer til en kvadrillion (tusind billioner) sole.

Dette rejser spørgsmålet om, hvorfor et objekt så lyst først lige er blevet identificeret på nattehimlen, på trods af årtiers astronomiske observationer. Det viser sig, at denne luskede kvasar havde gemt sig i almindeligt syn.

På trods af sin forbløffende lysstyrke er J0529-4351 meget fjern, hvilket betyder, at den problemfrit blander sig i et hav af mørkere stjerner, der ligger meget tættere på Jorden. Faktisk er denne kvasar så langt væk, at lyset, den udsender, tager hele 12 milliarder år at nå os her på Jorden.

Universets alder er omkring 13,7 milliarder år. Så denne kvasar eksisterede kun 1,7 milliarder år efter Big Bang, i begyndelsen af ​​universet.

Universets udvidelse efter Big Bang er det, der tillader os at måle afstanden til og dermed alderen af ​​denne kvasar. En længe kendt simpel formel kaldet Hubbles lov siger, at det at kende den hastighed, et objekt bevæger sig væk fra os, giver os mulighed for at beregne, hvor langt væk det er.

De kollisioner, der opstår, når stof spiraler ind i dette kvasars sorte hul, hæver det til brændende temperaturer på 10.000°C. Under disse forhold udsender atomerne i systemet et karakteristisk lysspektrum.

Disse diskrete frekvenser af lys danner en slags stregkode, som astronomer kan bruge til at identificere de elementære sammensætninger af objekter på nattehimlen. Når et objekt, der udsender lys, bevæger sig væk fra os, undergår frekvensen af ​​det observerede lys et skift, ligesom hvordan lydfrekvensen af ​​en ambulancesirene skifter afhængigt af, om den kører mod eller væk fra dig.

Dette skift set i astronomiske objekter er kendt som rødforskydning. Dette, sammen med Hubbles lov, har gjort det muligt at bekræfte både alderen og afstanden (begge disse egenskaber er forbundet i kosmologi) af J0529-4351.

Dette lyse fyrtårn fra det tidlige univers har rejst et vigtigt spørgsmål, der forvirrer astronomer:hvordan kunne dette sorte hul på så relativt kort tid vokse så hurtigt til et så massivt objekt? Under velaccepterede modeller af det tidlige univers burde det have taget længere tid for det at vokse til denne størrelse.

Hvad mere er, ved at tune de kunstig intelligens (AI) modeller, der bruges til at scanne teleskopdata for disse usædvanlige objekter, kan der stadig findes mere i de kommende år. Hvis de ligner J0529-4351, ville fysikere være nødt til seriøst at genoverveje deres modeller af det tidlige univers og galaksedannelse.

Det hurtigst voksende sorte hul, der nogensinde er observeret, vil være det perfekte mål for et system kaldet Gravity+, en kommende opgradering til et instrument på Very Large Telescope kaldet et interferometer. Dette interferometer er en genial måde at kombinere data fra de fire separate teleskoper, der faktisk udgør VLT.

Gravity+ er designet til nøjagtigt at måle rotationshastigheden og massen af ​​sorte huller direkte, især dem, der ligger langt væk fra Jorden.

Desuden er European Southern Observatory's Extremely Large Telescope, et reflekterende teleskop med en diameter på 39 meter, i øjeblikket under konstruktion i den chilenske Atacama-ørken. Dette er designet til at detektere de optiske og nær-infrarøde bølgelængder, der er karakteristiske for fjerne kvasarer, og vil gøre det endnu mere sandsynligt at identificere og karakterisere sådanne undvigende objekter i fremtiden.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.