»Meget underligt«: Kæmpestort sort hul var tidligt på færde
Astronomer har opdaget et sort hul, der allerede 690 millioner år efter Big Bang vejede så meget som 800 millioner sole. Det er lidt af en gåde, hvordan det kunne være så stort så tidligt.
Kvasar sort hul rummet rumfart sol universet

Kvasaren med det sorte hul i midten lyser så kraftigt som 40 billioner stjerner som Solen. (Illustration: R. Dienel/Carnegie Institution for Science)

En ganske svag lysplet på himlen har vist sig at stamme fra et kæmpemæssigt sort hul, der var i fuld gang med at vokse sig større ved at sluge gas, da universet stadig var helt ungt.

Historien kort
  • Da universet kun var 690 millioner år gammelt, rummede det et sort hul med en masse som 800 millioner sole.
  • Astrofysikerne har svært ved at forklare, hvordan det sorte hul kunne være så stort så tidligt.
  • Måske opstod det ved, at en gigantisk gassky faldt sammen, men det kan også stamme fra en stor stjerne.

Et internationalt hold af astronomer opdagede det sorte hul, da de analyserede data fra tre forskellige astronomiske undersøgelser.

Det er ikke selve det sorte hul, de fik øje på, men lyset fra stof, der var ved at forsvinde ned i det. Et stort sort hul, der indirekte lyser meget kraftigt op på den måde, kaldes en kvasar. Kvasarer lyser ekstremt kraftigt, og derfor kan de ses på meget lang afstand.

Ved at analysere lyset fra kvasaren – måle dets rødforskydning – kunne astronomerne se, at det har været undervejs mod Jorden i 13,1 milliarder år. Lyset blev udsendt, da universet kun var 690 millioner år gammelt, svarende til fem procent af dets nuværende alder på 13,8 milliarder år.

Et så fjernt sort hul, der var så tidligt på den, har astronomerne aldrig observeret før. Opdagelsen er beskrevet i en artikel i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Svært at forklare

På baggrund af lysstyrken af kvasaren og målinger af hastigheden af det stof, der pisker rundt om det sorte hul, kan astrofysikerne regne sig frem til, at det sorte hul må have haft en masse som 800 millioner sole, dog med en stor usikkerhed.

»Det kan godt være større eller mindre. Men det ligger i den størrelsesklasse,« fortæller Marianne Vestergaard, der er lektor ved Niels Bohr Institutet under Københavns Universitet. Hun forsker i supermassive sorte huller, men har ikke selv været involveret i det aktuelle studie.

»Det er et meget tungt sort hul tidligt i universets historie. Det kan vi ikke komme uden om. Og det gør det svært at forklare. Det er overraskende, at vi ser så tunge sorte huller så tidligt.«

»Burde ikke eksistere«

Spørgsmålet er, hvordan et sort hul kan have vokset sig så stort på så forholdsvis kort tid.

KVasar tidligt på den

Kvasaren er fra den tid, hvor universet så småt begyndte at blive oplyst af stjerner og galakser. (Illustration: R. Dienel/Carnegie Institution for Science)

»Det er det eneste objekt, vi har observeret fra denne æra. Det har en ekstremt stor masse, og universet var så ungt, at det sorte hul ikke burde eksistere,« som professor og medforfatter til den videnskabelige artikel Robert Simcoe fra MIT i USA siger det i en pressemeddelelse fra universitetet.

»Universet var simpelthen ikke gammelt nok til at have kunne frembringe et så stort sort hul. Det er meget underligt.«

Problemet er, at der er grænser for, hvor hurtigt gas kan falde ned i et sort hul og dermed hvor hurtigt, det kan vokse. Med den størrelse, det sorte hul havde, da universet var 690 millioner år gammelt, må det have været stort fra starten – og forskerne har ikke helt nemt ved at forklare, hvordan det kunne være det.

Kan gasskyer falde sammen?

Astrofysikerne har udført beregninger baseret på den antagelse, at det nyfundne sorte hul har grovædt konstant på fuld kraft lige siden dengang, universet kun var få millioner år gammelt. De er kommet frem til, at det sorte hul må have været ganske stort lige fra fødslen – det må have vejet mere end tusind sole.

Sort hul vokser

Når astronomerne regner baglæns, kan de se, at det nyfundne sorte hul (den røde linje) må være startet som et sort hul, der vejede mere end tusind gange Solen. (Illustration: Bañados et al./Nature)

»Der har været mange diskussioner om, hvordan så store sorte huller kan dannes. Vi er ikke sikre på, hvad mekanismen bag dem er,« siger Marianne Vestergaard og fortsætter:

»Det gælder om at finde måder, hvorpå en stor gassky kan falde sammen og danne et ret stort sort hul til at starte med. Men gassen kan kun falde sammen, hvis den er kold. På grund af baggrundsstrålingen – eftergløden fra Big Bang – var temperaturen i universet højere i universets barndom, og det forhindrede gassen i at falde sammen.«

»Det kan måske lade sig gøre alligevel, men kun i meget sjældne og usædvanlige situationer – det er der i hvert fald forskere, der har teorier om.«

Måske roterer hullet baglæns

Andre forskere tror ikke meget på, at sorte huller, der er tusinder af gange tungere end Solen, kan opstå på den måde. De mener i stedet, at de sorte huller kan vokse hurtigere, end standardteorien siger.

Kvasarer fortæller om de første stjerne og galakser

I midten af alle større galakser lurer et kæmpemæssigt, supermassivt sort hul. I de aktive galakser, hvor gas falder ned mod det sorte hul, opstår en kraftigt lysende kvasar.

For de fjerneste galakser er det kun kvasaren og ikke galaksens stjerner, astronomerne kan se. Den eneste måde, man kan blive klogere på de fjerneste og dermed ældste galakser er altså ved at studere kvasarer.

»Det viser sig, at modellerne for udviklingen af de sorte huller beror på den antagelse, at det sorte hul og skiven af gas omkring dem roterer i samme retning. Og den forudsætning kan være forkert – måske kan det sorte hul og skiven rotere i hver sin retning. Så falder materialet nemmere ned mod det sorte hul, så det vokser meget hurtigere,« forklarer Marianne Vestergaard.

I det tilfælde kan man starte med et sort hul, der er meget mindre og måske kun har ti solmasser i stedet for mere end tusind. Sådanne sorte huller kan dannes, når store stjerner brænder ud og falder sammen. Så måske har det været meget tidlig, tung stjerne, der har givet ophav til det store sorte hul, der nu er fundet.

»Nu skal vi prøve at finde ud af, hvilken af de to teorier, der er rigtig. Det bliver spændende. Men det kræver flere observationer, og det er svært at se så langt ud i universet,« lyder det fra Marianne Vestergaard.

»Med det kommende rumteleskop James Webb og Extremely Large Telescope, der bliver bygget i Chile, kan vi afgøre massen af dette og lignende sorte huller mere præcist. Og vi kan finde nogle flere af de lyssvage kvasarer. Måske kan tyngdebølger også gøre os klogere. Det håber jeg da,« slutter hun.