De første sorte huller levede af gas

Der var ikke meget støv til middag til de første, forslugne supermassive sorte huller i universet – i hvert fald ikke varmt støv. De tidlige sorte huller i midten af galakser måtte nøjes med gas.

Det har en gruppe forskere – her iblandt danskeren Marianne Vestergaard – fundet ud af ved at studere det infrarøde lys fra 21 fjerne kvasarer.

De to af kvasarerne ligner ikke de andre, og den opdagelse kan fortælle astrofysikerne noget om universets udvikling.

Energibomber drevet af sorte huller

Kvasarer er universets energibomber – stærkt lysende områder i midten af fjerne galakser. På baggrund af talrige observationer er astrofysikerne efterhånden enige om, at kvasarerne får energien fra kæmpemæssige sorte huller.

Gas og støv trækkes nemlig ind mod det sorte hul i galaksens centrum, men det falder ikke direkte ind. I stedet danner gasserne og støvet en roterende skive omkring det sorte hul.

Og det er gnidningen i denne skive, der forårsager den kraftige stråling fra kvasaren. De inderste dele af skiven roterer nemlig hurtigere end de yderste, og når stofferne gnider mod hinanden, opvarmes de og udsender stråling med forskellige bølgelængder.

To kvasarer skiller sig ud

Strålingen kan opfanges af teleskoper, og ved hjælp af billeder fra rumteleskopet Spitzer, der måler i det infrarøde område, har forskerne fundet ud af, at nogle af de allerfjerneste kvasarer skiller sig ud fra mængden.

De har nemlig identificeret to kvasarer, der – til forskel fra de andre fjerne kvasarer – ikke har noget varmt støv. De sorte huller i disse kvasarer sluger kun gas. Det gør de til gengæld med stor appetit, så de lyser ret kraftigt.

De to kvasarer ligger meget langt væk, og forskerne ser den stråling, som de udsendte, da universet var ungt.

På sporet af støv

Astrofysiker Marianne Vestergaard, der er lektor ved Dark Cosmology Centre ved Niels Bohr Institutet under Københavns Universitet, har bidraget til artiklen om opdagelsen – en artikel, der bringes i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

Hun fortæller, at det var overraskende at finde kvasarer med så lidt varmt støv. Og forskerne fandt også ud af, at mængden af varmt støv stiger med massen af det sorte hul.

»Kvasarer, der befinder sig senere i universets historie, har alle rigelige mængder med støv, og vi ser ingen sammenhæng mellem mængden af støv og massen af de sorte huller. Det ser vi kun for de fjerneste kvasarer – da universet kun var cirka 800 millioner år gammelt.«

En ny satellit kan give bedre data

Marianne Vestergaard gør opmærksom på, at de endnu ikke ved, om der er lidt koldt støv i de to galakser, der ikke har noget nævneværdigt varmt støv.

Observationer af koldt støv kræver nemlig en teknologi, der først for nyligt er kommet inden for rækkevidde – nemlig målinger fra det europæiske rumteleskop Herschel, der blev sendt op i maj sidste år.

»Der skal meget dybe observationer til i et bølgelængdeområde, som vi indtil for nyligt ikke har kunnet undersøge. Og Herschel-satelliten er følsom længere ud i det infrarøde, end Spitzer-satelliten er.«

»Næste skridt er at få klarhed over mængden af koldt støv i disse systemer for at se, om de kvasarer overhovedet har støv. Vi vil også kigge på mængden af koldt molekylgas – som stjerner dannes af.«

Støvet kommer fra døende stjerner

Men hvad skyldes forskellen – hvorfor har de tidlige kvasarer kun gas at leve af? Det kræver en længere forklaring, som vi får fra Marianne Vestergaard:

»Vi ved, at der kun blev skabt brint og helium ved big bang. De tungere grundstoffer er lavet ved fusion i kernen af stjerner. De tungere grundstoffer spredes ud i galaksen, når stjernen dør, og kan være i gasform eller solid form.«

»Støv er den solide form, hvor flere og flere molekyler klumper sig sammen, netop som nullermænd gør. Før de første stjerner dannedes, var der derfor kun brint og helium. Som der dannedes stadig flere stjerner, blev der langsomt dannet flere tungere grundstoffer.«

Når astrofysikerne kigger på fjerne objekter, kigger de samtidig tilbage i tiden. Og derfor giver det også mening, at de fjerneste kvasarer, der var tidligst på den, ikke rummer så meget støv. For dengang var der endnu ikke mange stjerner, der havde levet længe nok til at have opbrugt deres brændstof og i dødsfasen havde spredt tunge grundstoffer, der kunne blive til støv.

»Den mest sandsynlige forklaring på fraværet af nævneværdige mængder af støv er, at støvet endnu ikke er blevet dannet i store nok mængder til at vi kan se det i de få kvasarer, hvor vi ikke ser varmt støv,« fortæller Marianne Vestergaard.

Ny indsigt i dannelsen af galakser

Nu ved forskerne altså lidt mere om kvasarernes udvikling – og dermed også om galaksernes og universets udvikling i al almindelighed.

»I og med at disse kvasarer allerede har vist sig at være anderledes end de fleste ‘modne’ kvasarer, kan fremtidige dybe observationer af de galakse-systemer, de befinder sig i, give os en god indsigt i, hvordan de første galakser dannedes og hvornår det sorte hul kommer ind i billedet,« siger Marianne Vestergaard.

»De fleste af disse undersøgelser er nødt til at vente til det nye James Webb Space Teleskop bliver opsendt i 2014. Vi har behov for at tage dybe billeder i et bølgelængdeområde, som først da bliver tilgængeligt for os. Vi har også behov for et vildt følsomt instrument i det nær-infrarøde område. Det vil James Webb være.«