Aragrúi virkra svarthola innan um fyrstu stjörnur alheimsins

Sævar Helgi Bragason 07. jún. 2013 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa uppgötvað fjölda svarthola innan um fyrstu stjörnur alheimsins

  • örbylgjukliðurinn, innrauða bakgrunnsgeislunin

Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga hefur uppgötvað fjölda svarthola innan um fyrstu stjörnur alheimsins. Uppgötvunin var gerð með tveimur geimsjónaukum NASA: Spitzer, sem nemur innrautt ljós, og Chandra sem greinir röntgengeislun. Sjónaukarnir tveir störðu lengi á sama svæði á himninum svo unnt væri að kortleggja og bera síðan saman mælingar á þessum tveimur tíðnisviðum. Aldrei áður hafa merki um svarthol fundist jafn snemma í sögu alheimsins. Uppgötvunin hefur einnig mikla þýðingu fyrir kenningar um myndun og þróun vetrarbrauta og orkubúskap alheimsins í árdaga. Íslenskur doktorsnemi í stjarneðlisfræði hjá NASA tók þátt í rannsókninni.

„Okkur hefur lengi grunað að innrauðu bakgrunnsgeislunina megi að mestu rekja til ljóss sem fyrstu stjörnurnar í alheiminum gáfu frá sér. Þessi uppgötvun á samsvarandi röntgen-bakgrunnsgeislun staðfestir þann grun enn frekar,“ segir Kári Helgason, doktorsnemi í stjarneðlisfræði hjá NASA og einn af umsjónarmönnum Stjörnufræðivefsins, sem tók þátt í rannsókninni.

Hvorki sjónaukar á Jörðu niðri né í geimnum eru nógu öflugir til að greina þessar stjörnur úr bernsku alheimsins með beinum hætti. En með því að fjarlægja stjörnurnar og vetrarbrautirnar í forgrunni má skyggnast á bak við tjöldin og kanna ljós frá enn fjarlægari fyrirbærum.

„Þessu má líkja við að standa í Reykjavík að kvöldi til og horfa yfir til Akraness. Við sjáum greinilega birtuna frá bæjarljósunum, þó svo við greinum ekki einstaka ljósastaura í sundur,“ segir Kári.

Vinna við rannsóknina hófst af fullri alvöru árið 2005 þegar Alexander Kashlinsky og hópur hans fann fyrstu merkin um innrauðu bakgrunnsgeislunina. Síðan hefur geislunin verið staðfest með öðrum og nákvæmari mælingum. Hingað til hefur reynst erfiðara að gera sambærilegar mælingar á röntgensviðinu, aðallega vegna tæknilegra örðugleika.

En hvernig getur ljós borist frá svartholum? Þegar svarthol draga til sín efni, snýst efnið í kringum svartholið á ógnarhraða og hitnar gríðarlega. Þá byrjar efnið að gefa frá sér geislun, aðallega útfjólublátt ljós og röntgengeislun. Fá stjarnfræðileg fyrirbæri gefa frá sér jafn mikla röntgengeislun og svarthol. Öflug röntgengeislun getur því verið ein sterkasta vísbendingin um tilvist svarthola.

Mælingar stjörnufræðinganna benda til þess að um það bil fjórðungur af innrauðu geisluninni berist frá svartholum í árdaga alheimsins á meðan afgangurinn kemur frá fyrstu stjörnunum í kornungum vetrarbrautum. Þetta bendir til þess að aragrúi massamikilla svarthola hafi myndast í árdaga alheims.

Lítil svarthol — álíka massamikil og stjörnur — urðu til snemma í sögunna samhliða myndun fyrstu stjarnanna. Ein helsta ráðgáta nútíma stjarnvísinda er hins vegar tilurð risasvarthola sem lúra í miðju nær allra vetrarbrauta, þar á meðal í Vetrarbrautinni okkar. Langt úti í geimnum, í fjarlægri fortíð, sjáum við virk risasvarthol — dulstirni — sem eru einfaldlega of massamikil til að hafa vaxið úr litlum eða meðalstórum svartholum í þau risasvarthol sem við sjáum í dag.

Vitað er að lítil svarthol myndast þegar massamestu stjörnurnar enda ævina sem sprengistjörnur. Nýju niðurstöðurnar krefjast hins vegar nýrrar tegundar svarthola, þar sem gas safnast fyrir og fellur saman undan eigin þunga í svarthol án þess að mynda nokkurn tímann stjörnu.

Frá þessum svartholum berst mikil geislun, aðallega útfjólublátt ljós og röntgengeislun. Vegna útþenslu alheimsins hefur þetta ljós færst yfir á innrauða sviðið og leggur þannig sitt af mörkum til innrauðu bakgrunnsgeislunarinnar.

„Við vinnum baki brotnu við að útiloka aðra möguleika og höfum farið gætilega í að túlka niðurstöðurnar en frumsvarthol virðast besta skýringin. Þau eiga sér einnig góðan stað í heimsmynd okkar og koma heim og saman við eldri tilgátur. Reynist þessar niðurstöður réttar hefur það mikla þýðingu fyrir tilurð fyrsta ljóssins í alheiminum. Þetta eru því mjög spennandi tímar og innan skamms munum við vonandi ná að staðfesta þetta með enn betri mælingum,“ segir Kári að lokum.

Tenglar

Tengiliðir

Kári Helgason
NASA Goddard Space Flight Center og Stjörnufræðivefnum
Sími: +1 540 449 7081
E-mail: kari.helgason@nasa.gov

Sævar Helgi Bragason
Háskóli Íslands og Stjörnufræðivefnum
Sími: 896-1984
E-mail: saevar@stjornuskodun.is

Tengdar myndir

  • uppruni innrauðu bakgrunnsgeislunarinnarÖrbylgjukliðurinn markar þá stund þegar alheimurinn varð gegnsær og ljós gat ferðast óhindrað um. Örbylgjukliðurinn er misheitur en þéttustu svæðin (blá) eru fræin sem síðar urðu að vetrarbrautum. Það gerðist þó ekki fyrr en um 400 milljón árum síðar, í lok hinna myrku alda, þegar fyrstu stjörnurnar tóku að skína og fyrstu svartholin hófu að sanka að sér gasi. Stjörnurnar og svartholin gáfu frá sér ljós sem varðveitt er í innrauðu bakgrunnsgeislun alheimsins. Nýjar mælingar benda til að svarthol hafi verið hundrað sinnum virkari í árdaga alheimsins en í dag. Mynd: Karen Teramura/UHIfA/Stjörnufræðivefurinn (ísl.)
  • stjarna, myndun stjarnaInnrauðu bakgrunnsgeislunina má að mestu rekja til fyrstu stjarnanna sem skinu í alheiminum. Nýjar mælingar innrauða geimsjónaukans Spitzer og röntgengeimsjónaukans Chandra sýna að hluta geislunarinnar má rekja til aragrúa svarthola í árdaga alheims. Mynd: NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (GSFC)