Melkein jokaisen universumin galaksin keskellä on supermassiivinen musta aukko. Miten he joutuivat sinne? Mikä on näiden hirviömustien aukkojen ja niitä ympäröivien galaksien välinen suhde?
Joka kerta kun tähtitieteilijät katsovat kauemmas maailmankaikkeudesta, he löytävät uusia mysteereitä. Näiden mysteerien ymmärtäminen vaatii kaikki uudet työkalut ja tekniikat. Nämä mysteerit johtavat uusiin mysteereihin. Sanon, että se on mysteerikilpikonnia aina alaspäin.
Yksi kiehtovimmista on kvasaarien löytäminen, niiden ymmärtäminen ja vielä syvemmän mysteerin paljastaminen, mistä ne tulevat?
Kuten aina, olen menossa itseni edellä, joten palataanpa ensin takaisin ja puhutaan kvasaarien löydöstä.
Välissä olevan mustan aukon hajottamat molekyylipilvet osoittavat tämän taiteilijan vaikutelmassa erittäin laajaa nopeusdispersiota. Tämä skenaario selittää hyvin omituisen molekyylipilven CO-0,40-0,22 havainnointiominaisuudet. Luotto: Keion yliopisto
Vielä 1950-luvulla tähtitieteilijät skannasivat taivasta radioteleskooppien avulla ja löysivät luokan outoja esineitä kaukaisesta maailmankaikkeudesta. Ne olivat hyvin kirkkaita ja uskomattoman kaukana; satojen miljoonien tai jopa miljardien valovuosien päässä. Ensimmäiset löydettiin radiospektristä, mutta ajan mittaan tähtitieteilijät löysivät näkyvästä spektristä vielä enemmän hehkuvia.
Tähtitieteilijä Hong-Yee Chiu loi termin 'kvasaari', joka merkitsi kvasitähtiobjektia. Ne olivat kuin tähtiä, jotka loistivat yhdestä pistelähteestä, mutta ne eivät selvästikään olleet tähtiä, jotka loistivat enemmän säteilyä kuin koko galaksi.
Vuosikymmenten aikana tähtitieteilijät ymmärsivät kvasaarien luonteen ja oppivat, että ne olivat itse asiassa mustia aukkoja, jotka syöttävät ja räjäyttävät aktiivisesti säteilyä, joka näkyy miljardien valovuosien päässä.
Mutta ne eivät olleet tähtimassan mustia aukkoja, joiden tiedettiin johtuvan jättiläistähtien kuolemasta. Nämä olivat supermassiivisia mustia aukkoja, joiden massa oli miljoonia tai jopa miljardeja kertoja Auringosta.
Jo 1970-luvulla tähtitieteilijät harkitsivat mahdollisuutta, että näitä supermassiivisia mustia aukkoja voisi olla monien muiden galaksien, jopa Linnunradan, sydämessä.
Whirlpool Galaxy (Spiral Galaxy M51, NGC 5194), klassinen spiraaligalaksi, joka sijaitsee Canes Venaticin tähdistössä, ja sen kumppani NGC 5195. Kiitokset: NASA/ESA
Vuonna 1974 tähtitieteilijät löysivät Linnunradan keskeltä radiolähteen, joka säteili säteilyä. Sen otsikkona oli Jousimies A*, tähdellä, joka tarkoittaa 'jännittävää', no, 'kiihtyneiden atomien' näkökulmasta.
Tämä vastaisi supermassiivisen mustan aukon päästöjä, joka ei syönyt aktiivisesti materiaalia. Oma galaksimme olisi voinut olla kvasaari menneisyydessä tai tulevaisuudessa, mutta tällä hetkellä musta aukko oli enimmäkseen hiljainen, lukuun ottamatta tätä hienovaraista säteilyä.
Tähtitieteilijöiden piti olla varma, joten he tekivät yksityiskohtaisen tutkimuksen Linnunradan infrapunaspektrissä, mikä antoi heille mahdollisuuden nähdä kaasun ja pölyn läpi, joka peittää ytimen näkyvässä valossa.
He löysivät joukon tähtiä, jotka kiertävät Jousimies A-tähteä, kuten Aurinkoa kiertäviä komeettoja. Vain musta aukko, jonka massa on miljoonia kertoja Auringon massasta, voisi tarjota sellaisen gravitaatioankkurin, joka pyörittää näitä tähtiä tällaisilla omituisilla kiertoradoilla.
Lisätutkimukset löysivät supermassiivisen mustan aukon Andromedan galaksin sydämessä, itse asiassa näyttää siltä, että nämä hirviöt olisivat melkein kaikkien universumin galaksien keskellä.
Mutta miten ne muodostuivat? Mistä ne ilmestyivät? Muodostuiko galaksi ensin ja saiko mustan aukon muodostumaan keskelle, vai muodostuiko musta aukko ja rakensi galaksin ympärilleen?
Viime aikoihin asti tämä oli itse asiassa edelleen yksi tähtitieteen suurista ratkaisemattomista mysteereistä. Tähtitieteilijät ovat kuitenkin tehneet paljon tutkimusta käyttämällä yhä herkempiä observatorioita, kehittäneet teorioitaan, ja nyt he keräävät todisteita auttaakseen pääsemään tämän mysteerin pohjaan.
Tähtitieteilijät ovat kehittäneet kaksi mallia siitä, kuinka universumin laajamittainen rakenne yhdistyi: ylhäältä alas ja alhaalta ylös .
Ylhäältä alas -mallissa koko galaktiikka superklusteri muodostui kerralla alkuräjähdyksen jälkeen jääneestä valtavasta vetypilvestä. Superklusterin arvoinen tähtiä.
Kun pilvi kokosi sen, se pyörähti ylös ja potki ulos pienempiä spiraaleja ja kääpiögalakseja. Nämä olisivat voineet myöhemmin yhdistää monimutkaisemman rakenteen, jonka näemme nykyään. Supermassiiviset mustat aukot olisivat muodostuneet näiden galaksien tiheiksi ytimiksi, kun ne yhdistyivät.
Hubble-kuva Messier 54:stä, Jousimies-kääpiögalaksissa sijaitsevasta pallomaisesta joukosta. Kiitos: ESA/Hubble ja NASA
Jos haluat kiertää ajatuksesi tämän ympärillä, ajattele tähtien lastenhuonetta, joka muodosti aurinkomme, ja joukko muita tähtiä. Kuvittele yksi kaasu- ja pölypilvi, joka muodostaa sen sisällä useita tähtijärjestelmiä. Ajan myötä tähdet kypsyivät ja ajautuivat pois toisistaan.
Se on ylhäältä alas. Yksi suuri tapahtuma, joka johtaa nykyiseen rakenteeseen.
Alhaalta ylös -mallissa kaasun ja pölyn taskut kerääntyivät lopulta yhä suuremmiksi massoiksi muodostaen kääpiögalakseja , ja jopa klustereita ja superklustereita, joita näemme nykyään. Galaksien ytimessä olevat supermassiiviset mustat aukot syntyivät mustien aukkojen törmäyksistä ja fuusioista aionien aikana.
Itse asiassa näin tähtitieteilijät ajattelevat aurinkokunnan planeettojen muodostuneen. Pölypalat vetävät toisiaan puoleensa yhä suurempia rakeita, kunnes planeetan kokoisia esineitä muodostui miljoonien vuosien aikana.
Alhaalta ylös, pienet osat tulevat yhteen.
Pian alkuräjähdyksen jälkeen koko maailmankaikkeus oli uskomattoman tiheä. Mutta se ei ollut sama tiheys kaikkialla. Pienet kvanttiheilahtelut tiheyden alussa kehittyivät miljardeja vuosia kestäneen laajentumisen aikana nykyään näkemiemme galaktisten superklustereiden aikana.
Törmäävät galaksit voivat pakottaa ytimiensä supermassiiviset mustat aukot yhteen (NCSA)
Haluan lopettaa ja antaa tämän vajota aivoihisi hetkeksi. Varhaisessa universumissa oli mikroskooppisia tiheysvaihteluita. Ja näistä muunnelmista tuli satojen miljoonien valovuosien halkaisijaltaan nykyään näkemiämme rakenteita.
Kuvittele, että kaksi voimaa leikkivät, kun universumin laajeneminen tapahtui. Toisaalta, sinulla on keskinäinen painovoima hiukkasten vetäessä toisiaan yhteen. Ja toisaalta, sinulla on maailmankaikkeuden laajeneminen, joka erottaa hiukkaset toisistaan. Galaksien, klusterien ja superjoukkojen koko määräytyi vastakkaisten voimien tasapainopisteen mukaan.
Jos pienet palaset kokoontuisivat yhteen, saat alhaalta ylöspäin -muodostelman. Jos suuret palat kokoontuisivat yhteen, saat ylhäältä alas -muodostelman.
Kun tähtitieteilijät katsovat universumiin suurimmassa mittakaavassa, he tarkkailevat klustereita ja superklustereita niin pitkälle kuin voivat nähdä – mikä tukee ylhäältä alas -mallia.
Toisaalta havainnot osoittavat, että ensimmäiset tähdet muodostuivat vain muutama sata miljoonaa vuotta alhaalta ylöspäin suuntautuvan alkuräjähdyksen jälkeen.
Eli vastaus on molemmat?
Ei, nykyaikaisimmat havainnot antavat sen reunasta alhaalta ylös -prosesseihin .
Keskeistä on, että painovoima liikkuu valon nopeudella, mikä tarkoittaa, että toisistaan poispäin leviävien hiukkasten väliset gravitaatiovuorovaikutukset tarvitsivat päästäkseen kiinni valonnopeudella.
Toisin sanoen, et saisi superklusterin arvoista materiaalia yhteen, vain tähden arvoista materiaalia. Mutta nämä ensimmäiset tähdet tehtiin puhtaasta vedystä ja heliumista, ja ne saattoivat kasvaa paljon massiivisemmiksi kuin nykyiset tähdet. Ne eläisivät nopeasti ja kuolisivat supernovaräjähdyksissä, mikä loisi paljon massiivisempia mustia aukkoja kuin nykyään.
Tämä kuva näyttää viimeisiä vaiheita supermassiivisen tähden elämässä, joka ei pysty räjähtämään supernovana, vaan räjähtää muodostaen mustan aukon. Kiitos: NASA/ESA/P. Jeffries (STScI)
Ensimmäiset protogalaksit kokoontuivat ja keräsivät yhteen nämä ensimmäiset hirviömustat aukot ja niitä ympäröivät massiiviset tähdet. Ja sitten miljoonien ja miljardien vuosien aikana nämä mustat aukot sulautuivat uudestaan ja uudestaan ja kerääntyivät miljoonia ja jopa miljardeja kertoja Auringon massaa. Näin saimme nykyaikaiset galaksit, joita näemme tänään.
Äskettäin tehtiin havainto, joka tukee tätä päätelmää. Aiemmin tänä vuonna tähtitieteilijät ilmoittivat löytäneensä supermassiivisia mustia aukkoja suhteellisen pienten galaksien keskeltä. Omassa Linnunradassamme supermassiivinen musta aukko on 4,1 miljoonaa kertaa Auringon massa, mutta sen osuus galaksin kokonaismassasta on vain 0,01 %.
Mutta Utahin yliopiston tähtitieteilijät löysivät kaksi erittäin kompaktia galaksia mustien aukkojen massa on 4,4 miljoonaa ja 5,8 miljoonaa kertaa Auringon massa. Ja silti mustat aukot muodostavat 13 ja 18 prosenttia isäntägalaksiensa massasta.
Ajatus on, että nämä galaksit olivat aikoinaan normaaleja, mutta törmäsivät muihin galaksiin aikaisemmin universumin historiassa, niistä riisuttiin tähdet ja sitten ne syljettiin vaeltamaan kosmokseen.
He ovat noiden varhaisten sulautumistapahtumien uhreja, todisteita verilöylystä, joka tapahtui varhaisessa universumissa, kun sulautumiset tapahtuivat.
Puhumme aina universumin ratkaisemattomista mysteereistä, mutta tähtitieteilijät alkavat pohtia tätä.
Näyttää todennäköisimmältä, että universumin rakenne, jota näemme tänään, muodostui alhaalta ylöspäin. Ensimmäiset tähdet yhdistyivät protogalakseiksi, jotka kuolivat supernovana muodostaen ensimmäiset mustat aukot. Nykyään näkemämme maailmankaikkeuden rakenne on miljardeja vuosia kestäneen muodostumisen ja tuhoutumisen lopputulos. Supermassiivisten mustien aukkojen yhdistyessä ajan myötä.
Kun kaukoputket kuten James Webb ryhtyä töihin, meidän pitäisi pystyä näkemään näiden palasten yhdistyvän havaittavan maailmankaikkeuden reunalla.
Podcast (ääni): ladata (Kesto: 11.06 – 3,8 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS
Podcast (video): ladata (Kesto: 11:06 – 143,0 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS