21.07.26: Nye observasjoner av Universets tidlige faser kan ha gitt oss bevis for en type sort hull forskere har snakket om i mange tiår, men foreløpig ikke har kunnet bevise finnes. Dersom oppdagelsen blir bekreftet, kan dette ha vidtrekkende følger for vår forståelse av Big Bang, hvordan galaksene ble til, samt den mystiske mørke materien.
av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Bildet er tatt med Webb-teleskopets NIRCam (Near Infrared Camera) og viser Abell2744-QSO1, som er forstørret og gjengitt tre ganger (A, B og C) av tyngdekreftene fra galaksehopen Abell 2744. Abell2744-QSO1 er en typisk Liten Rød Prikk, en av flere bittesmå prikker av infrarødt lys som Webb har funnet i det tidlige univers. QSO1 er 1300 lysår i diameter, og med en kosmologisk rødforskyvning på 7, ser vi objektet slik det var bare 700 millioner år etter Big Bang.
Foto: NASA, ESA, CSA, L. Furtak (Ben-Gurion University), R. Maiolino (Cambridge), F. D'Eugenio (Cambridge), I. Juodžbalis (Cambridge), H. Übler (MPE), C. Marconcini (University of Florence). Bildebehandling: A. Pagan
Sorte hull forekommer i to helt ulike varianter: De fleste er dannet av svært masserike stjerner som har dødd har opptil noen titalls ganger Solens masse og bare er noen mil i diameter, men i midten av hver galakse er det vanligvis et superstort sort hull. Sistnevnte har gjerne fra noen millioner til flere milliarder ganger Solens masse og kan være større enn Solsystemet. Det har også blitt funnet noen få mellomtunge sorte hull (se Første oppdagelse av et mellomtungt sort hull og Ny type sort hull funnet i Melkeveien.
Sånn ser et superstort sort hull ut! Bildet ble tatt i 2022 og er det første noen gang av Sagittarius A* (Sgr A*), det superstore sorte hullet i sentrum av Melkeveien. Samtidig var dette det første direkte, synlige beviset på at det virkelig finnes et sort hull der inne. Bildet ble tatt med Event Horizon Telescope (EHT), som benytter samtidige observasjoner fra åtte radioobservatorier rundt på kloden og knytter disse sammen for å danne et virtuelt teleskop på størrelse med Jorden.
Foto: EHT Collaboration
Mange forskere mener imidlertid at det kan finnes sorte hull med en helt annen opprinnelse, nemlig fra det første sekundet av Big Bang – altså fra selve Universets opprinnelse! Tetthetsvariasjoner i gassen under Big Bang kan ha medført dannelse av sorte hull som fortsatt kan eksistere (såkalte «primordial black holes» eller «urhull»).
Kom det sorte hullet før galaksen?
Ved å se langt ut i Universet, ser vi også langt tilbake i tid. Ved å studere galakser og andre objekter som befinner seg 12-13,5 milliarder lysår unna, kan vi derfor studere hvordan Universet var relativt kort tid etter Big Bang som fant sted for 13,8 milliarder år siden.
Noe av det første som ble oppdaget med det nye og superkraftige romteleskopet James Webb da det kom i drift i 2022, var sorte hull som tilsynelatende hadde svært stor masse allerede forbausende kort tid etter Big Bang. Oppdagelsen av det mystiske fenomenet små røde prikker gjorde det hele enda mer mystisk.
Teoriene sier at de supertunge sorte hullene i galaksekjernene ble dannet og vokste ved at gass og stjerner i galaksekjernene ble slukt av et allerede relativt stort sort hull, som fungerte som et slags kosmisk frø. Men hvordan kan sorte hull med enorm masse dannes veldig kort tid etter Big Bang? Det er fysiske grenser for hvor fort et sort hull kan sluke materiale fra omgivelsene (den såkalte Eddington-grensen), og de nyoppdagede hullene så ut til å tøye disse grensene.
Kunstnerisk fremstilling av et av de fjerneste supertunge sorte hullene som noen gang er observert. Dette sorte hullet er en del av en kvasar som fantes bare 690 millioner år etter Big Bang. Den beste forklaringen på dannelsen av så enorme sorte hull svært kort tid etter Big Bang har vært at super-masserike stjerner kollapset og dannet «frø».
Illustrasjon: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
Ved hjelp av Webb-teleskopet har en forskergruppe nå undersøkt bevegelsene og sammensetningen til gass som farer rundt et sort hull med minst 50 millioner ganger Solens masse i sentrum av den vesle galaksen Abell2744-QSO1 som befinner seg drøyt 13 milliarder lysår unna. Resultatene tyder på at det sorte hullet er eldre enn vertsgalaksen og derfor kanskje stammer fra det første sekundet av Big Bang!
Webb-observasjonene tyder sterkt på at noen av de supermassive sorte hullene var enorme allerede i utgangspunktet, altså før vertsgalaksen ble dannet, og har blitt enorme uten hjelp av stjernekollapser eller store mengder gass fra omgivelsene!
Den lille røde prikken QSO1
Konklusjonene er basert på observasjoner av Abell2744-QSO1 (QSO1), en typisk rød prikk som observeres slik den var bare 700 millioner år etter Big Bang. I dette tilfellet får Webb-teleskopet hjelp av naturen selv! Tilfeldighetene gjør at en stor galaksehop befinner seg langs synslinjen mot det svært fjerne objektet. Tyngdekreftene fra galaksehopen forsterker lyset fra den røde prikken – den er det vi kaller en gravitasjonslinse.
I januar 2026 ble det bevist at i hvert fall noen små røde prikker er sorte-hull-stjerner - sorte gull omgitt av tett gass. Gassen er så tett og ugjennomsiktig at objektene fremstår som enorme stjerner, og som i de fleste andre stjerner frigjøres energien i kjernen. Men i motsetning til andre stjerner er det ikke kjernereaksjoner som er energikilden, men et supermassivt sort hull som slurper i seg gass. Gass som trekkes inn i et sort hull utløser enorme energimengder. Størrelsesforholdene er ikke korrekte på denne illustrasjonen.
Illustrasjon: T. Müller/A. de Graaff/Max Planck Institute for Astronomy
Observasjonene viser at det sorte hullet har minst 50 millioner ganger Solens masse (vi vet ikke hvilken vinkel objektet har i forhold til oss, så dette er en minimumsmasse), og det utgjør 2/3 dermed av hele objektets (proto-galaksens) masse. Vanligvis inneholder det sorte hullet i midten av en galakse bare en ørliten andel av totalmassen, men i dette tilfellet har det sorte hullet flere tusen ganger større andel av massen enn i vår del av Universet.
I tillegg inneholder gassene i QSO1 nesten bare hydrogen og helium, og svært liten andel tyngre grunnstoffer i forhold til det vi forventer i galakser som har mye stjerner og stjernerester (de tyngre grunnstoffene er dannet i stjerner, mens kun hydrogen og helium fantes etter Big Bang). Andelen tyngre grunnstoffer er under 0,5 % av det vi finner i Solen, og sammensetningen til QSO1 er dermed bare så vidt påvirket av stjerner.
Massen til det sorte hullet har blitt beregnet ved å måle hvor fort gass beveger seg i spiral rundt og inn mot hullet. Dette er den første direkte målingen av massen til et sort hull som fantes mindre enn en milliard år etter Big Bang, og resultatene stemmer overens med estimater som er gjort for andre objekter, men med mer indirekte metoder.
Men hvordan oppsto disse sorte hullene?
Den enorme massen til dette sorte hullet i forhold til vertsgalaksen gjør det svært vanskelig å se for seg at det er dannet gradvis ved at et «frø-hull» har slukt masse fra omgivelsene – det er rett og slett ikke nok masse å sluke!
De eneste mulighetene som da gjenstår, er direkte kollaps av en gigantisk gass-sky eller at det snakk om et såkalt ur-hull – altså et sort hull som oppsto i selve Big Bang. Ved direkte kollaps er det snakk om at en enorm gassky fortettes og til slutt ender opp som et sort hull (pga. totalmassen) og ikke som en eller flere stjerner med svært stor masse.
Film fra NASASpaceNews som viser hvordan de superstore sorte hullene kan ha blitt dannet.
Det sorte hullet i QSO1 må på en av disse måtene ha blitt dannet med stor masse, og det ser nå ut til å være inne i de tidligste fasene der en galakse med stjerner dannes rundt hullet. Dette objektet, opprinnelsen og nåværende fase er såpass unike at vi kommer til å lære svært mye interessant om de tidlige fasene av galakse- og stjernedannelse etter Big Bang!
Dersom det fantes sorte hull fra Big Bang, kan de ha hatt stor betydning for Universets utvikling, blant annet kan stjerner ha blitt dannet langt tidligere enn i et univers uten slike massekonsentrasjoner. Øverst ser vi antatt utvikling uten sorte hull fra Big Bang, nederst tilsvarende utvikling med slike objekter. Nye observatorier for gravitasjonsbølger, slik som rombaserte LISA som er planlagt sendt ut på 2030-tallet, vil kunne observere eventuelle sammensmeltende sorte urhull. Slike hull kan også forklare noe av den mystiske mørke materien. Mer informasjon
Illustrasjon: ESA
Under Big Bang var det tetthetsvariasjoner, og områder med forhøyet tetthet kan ha kollapset til sorte hull.
Illustrasjon: Wikipedia/Sannes & Ødegaard
Intens forskning på små røde prikker
Det foregår intens forskning på de mystiske og fascinerende små røde prikkene. De har trolig en avgjørende rolle forstå hvordan Universet utviklet seg i startfasen da galaksene ble dannet og det samtidig var intens stjernedannelse. Helt nylig en annen forskergruppe studert et objekt som trolig er en liten rød prikk under dannelse.
En annen rapport ser ut til å vise at de sorte hullene i sentrum av de små røde prikkene har mindre masse enn det andre tolkninger av observasjonene har tydet på. Det forklarer lettere hvordan mange sorte hulltilsynelatende kan ha fått ekstremt stor masse svært kort tid etter Big Bang: De har rett og slett mindre masse!
Dette gjelder i tilfelle ikke alle de sorte hullene som fantes på den tiden, siden massen til QSO1 ble målt direkte utifra gassbevegelsene rundt hullet.
Hvor kan vi finne urhullene i dag?
Vi vet mye mindre om urhullene, dersom de finnes, enn om de andre typene sorte hull, siden vi aldri har funnet et urhull. Mens de andre sorte hullene forekommer i godt definerte masseintervaller, kan urhullene finnes med svært ulike masser – fra massen til en asteroide (hullet ville vært på størrelse med et hydrogenatom) og opp til flere tusen ganger Solens masse, muligens med en overvekt rundt en solmasse.
Urhullene ble først foreslått av Yakov Borisovich Zeldovich og Igor Dmitriyevich Novikov i 1966 og studert mer i detalj av Stephen Hawking i 1971, som også beviste at disse og andre sorte hull kan sende ut stråling – senere kalt Hawking-stråling.
Dersom urhullene virkelig finnes, kan de ha enorm hastighet, og til enhver tid kan det i teorien befinne seg et i vårt solsystem, men uten at vi merker det. Slike superhurtige urhull kan nærmest fungere som kuler som farer gjennom stjerner uten særlige virkninger på disse. Urhull med lav hastighet kan derimot bli fanget av stjerner, og Stephen Hawking foreslo til og med at det kunne befinne seg et slikt hull inne i vår egen sol (for å forklare uoverenstemmelser mellom teori og observasjoner, men disse har senere blitt forklart på annen måte).
Urhullene kan eventuelt utgjøre en vesentlig andel av den mystiske mørke materien og vil da kunne bestå av frittflygende sorte hull som er svært vanskelige oppdage. Samtidig ville de blitt avslørt ved hjelp av mikrolinsing dersom de hadde vært svært tallrike.
Dersom QSO1 beviser at det ble dannet urhull, og mange av disse også har mye mindre masse enn superhullet i QSO1, kan disse i dag i prinsippet være hvor som helst, til og med av og til fare gjennom Solsystemet som usynlige spøkelser!
Et enslig, sultende sort hull vil kunne ses som en sort ball mot bakgrunnsstjernene dersom vi er nær nok.
Illustrasjon: NASA/ESA and G. Bacon/STScI
Stjerner som måtte ha slukt et lite sort urhull, vil langsomt bli spist opp innenfra, og dette vil etter hvert forandre hvordan stjernen produserer energi. Slike stjerner kalles også Hawking-stjerner. Ingen slike stjerner er til nå påvist.
Forsiden
