Det startede som et studieprojekt blandt fire fysikstuderende på Aalborg Universitet. Nu er de alle endt som forfattere til en videnskabelig artikel, der gør verden klogere på sorte hullers oprindelseshistorie.
Ved hjælp af statistisk analyse har de fire studerende vist, at mange sorte huller sandsynligvis skifter rotationsakse, når de dannes. Opdagelsen er nu udgivet i tidsskriftet New Astronomy.
Bag studiet står de fire studerende Hans Larsen, Casper Pedersen, Ali Sepas og Claudia Larsen samt deres vejledere Thomas Tauris og Christophe Biscio.
»Det føles fedt at få publiceret artiklen,« siger en af de unge medforfattere Hans Larsen på 34 år, der i sommer blev færdig med sine studier, til Videnskab.dk.
»Vi har lagt mange timer i projektet og artiklen, så det er lækkert at få anerkendelse, også udefra, for vores hårde arbejde. Det er et klap på skulderen og en kæmpe ære.«
Tre af de studerende har fået deres navne i et videnskabeligt tidsskrift før. De har nemlig tidligere fået publiceret en artikel om en supernova i tidsskriftet Nature.
»Jeg synes, det er helt fantastisk at have fået muligheden for at bidrage til banebrydende forskning allerede under vores uddannelse, og ovenikøbet mere end en gang,« siger Casper Pedersen, der har bidraget til begge studier, til Videnskab.dk.
Sort hul får et spark
Det nye projekt handler om de sorte huller, der dannes, når store stjerner brænder ud.
Stjernerne eksploderer helt eller delvist som supernovaer, og det er en voldsom affære. I eksplosionen kastes store mængder stjernestof ud i universet, mens stjernens indre kollapser og kan ende som et sort hul.
I den gigantiske eksplosion kan det sorte hul få et ordentlig spark, som kan vende helt op og ned på det, siger professor og astrofysiker Thomas Tauris:
»Det sker på en eller anden måde, som vi ikke helt forstår,« siger han til Videnskab.dk:
»Vi ved, at det sker, når neutronstjerner bliver dannet, men jeg postulerer så, at sorte huller også får flippet deres rotationsakse i supernovaeksplosionen. Det nye er, at de studerende bruger avanceret statistik til at vise, at hypotesen holder vand.«
\ Måske finder sorte huller hinanden tilfældigt
De studerendes analyse viser, at de sorte huller sandsynligvis får et spark og skifter rotationsretning i dannelsesprocessen. Det passer bedst med tyngdebølgedataene, i hvert fald hvis man antager, at de sorte huller stammer fra dobbeltstjernesystemer.
Men der kan også være en anden forklaring, nemlig at de sorte huller, der ender med at kollidere, slet ikke har samme ophav. Måske er de opstået hver for sig i stjernehobe, hvor stjernerne ligger tæt, og på et tidspunkt har de tilfældigvis fundet sammen. Så vil deres rotationsakser naturligt pege i tilfældige retninger.
Den mulighed har de studerende også undersøgt. Her viser det sig, at data også passer med, at kun cirka 30 procent af de kolliderende sorte huller er født som tvillinger uden at ændre rotationsakser, mens resten har fundet hinanden tilfældigt.
Der er endnu ikke tilstrækkelige data til at vise, om den ene eller den anden løsning er rigtig. Derfor kan de studerende heller ikke sige med sikkerhed, om sorte huller ændrer rotationsretning ved fødslen.
Tyngdebølger røber kosmiske kollisioner
Sorte huller kan dannes af dobbeltstjernesystemer, hvor to store stjerner har kredset tæt om hinanden. Først er den ene eksploderet som en supernova og har efterladt et sort hul, og så er det samme sket for den anden.
Bagefter kredser de to sorte huller stadigt tættere om hinanden for til sidst at støde sammen. Når forskerne overhovedet kan sige noget om rotationsaksen for sorte huller, er det, fordi dette sammenstød kan måles.
Ekstremt følsomme tyngdebølgedetektorer er i stand til at detektere de tyngdebølger – krusninger i selve rumtiden – som to sorte huller udsender, lige før de kolliderer og smelter sammen.
\ Hvad er tyngdebølger?
Tyngdebølger er kort fortalt bølger, som produceres af ekstreme begivenheder i universet – det kan eksempelvis være to meget kompakte objekter, som støder sammen.
Tyngdebølgerne er altså efterklangen af de voldsomme begivenheder, der viser sig som små rystelser i tid og rum, tilsammen kaldet rumtiden.
Læs mere i artiklen Hvad er tyngdebølger?
Sorte huller har forskellige rotationer
De studerende tog udgangspunkt i 83 sammensmeltninger af sorte huller, detekteret af tyngdebølgedetektorerne LIGO i USA og Virgo i Italien.
Tyngdebølgerne bærer information om, hvordan de to sorte huller roterede om sig selv før kollisionen. Og de efterhånden mange data viser tydeligt, at de sorte hullers rotationsakser ikke pegede i samme retning.
Det er lidt mærkeligt, for dobbeltstjerner er dannet af den samme, roterende gassky. Derfor vil de typisk have nogenlunde parallelle rotationsakser. Umiddelbart giver det god mening, hvis de resulterende sorte huller også har det.
Men hvis et sort hul bliver helt rumtosset (undskyld) og skifter rotationsakse i supernovaeksplosionen, så er det ikke så underligt, at to sorte huller fra samme system kan have vidt forskellige akser.
\ Læs også
Nye tyngdebølgedata kan bekræfte hypotesen
I de kommende år bliver tyngdebølgedetektorerne opgraderet, så de bliver mere følsomme, og forskerne får mange flere data. På længere sigt kommer der også nye og langt bedre detektorer til, nemlig Einstein Telescope i Europa og Cosmic Explorer i USA.
Professor Irene Tamborra fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet forsker i supernovaeksplosioner, og hun har læst den videnskabelige artikel.
»Det er et meget spændende stykke arbejde,« skriver hun og fortsætter:
»Vi er først lige begyndt at kortlægge de mange forskellige veje, der kan føre til dannelsen af sorte huller gennem kollaps af massive stjerner. Det bliver interessant at se, om nye tyngdebølgedata kan bekræfte den hypotese, der præsenteres her,« slutter Irene Tamborra.
