Kosmologi

Supermassive sorte huller Teoretikere mener at have fundet at svar på hvor den sorte masse om galakserne kan stamme fra og samtidigt forklare hvordan de tidligste supermassive sorte huller kunne dannes.
Da de sorte huller begyndte at dannes, kunne de enten vokse sig store eller samle en masse mørkt stof om sig.
Dannelserne startede med tilfældige sammenklumpninger af stof i det tidlige univers, men tidligere modeller har ikke kunnet forklare hvordan nogle voksede sig meget store. Resonanserne vil tilfældigt favorisere nogle af disse klumper og dermed styrke dem. De små andre klumper kan så have samlet det mørke stof om de klumper som så endte som galakser, som jo består af 80% mørkt stof Univserity of Leiden
COSMOS-AzTEC-1 monster galaksen fotogrefer af ALMA De første galakser dannedes om de tidlige supermassive sorte huller (kaldet "ur-sorte huller"). men man har aldrig helt kunne forklare hvorfor de ikke blev ved at vokse, men istedet ret tidligt begyndte at samle stof om sig, som blev til galakser.
COSMOS-AzTEC-1 har mystificeret astronomerne fordi den liger 12,4 mia lysår herfra, men alligevel synes at danne stjerner 1000x hurtigere end noget andet man har set, hvilket burde være teoretisk umuligt, fordi de centrale sorte huller så kort tid efter deres dannelse, burde være ét kaos.

Men nye observationer med ALMA som har 10x højere opløsning end noget tidligere har kunnet, har forbløffet teoretikerne, fordi de viser en nydeligt roterende galakse med enorme stjernedannelser i armene, istedet for det forventede kaos skriver University of Massachuset
Observationer bekræfter relativitetsteori For første gang har astronomerne fået bekræftelse på de virkninger, som er forudsagt af Einsteins Generelle Relativitetsteori for stjerner, som bevæger sig igennem de voldsomme tyngdefelter tæt ved det supertunge sorte hul i centeret af vores Mælkevej. Det er observationer med ESOs Very Large Telescope, som har givet resultatet, som er kulminationen af 26 års observationer med ESOs teleskoper i Chile.

Det supertunge sorte hul, som er tættest på Jorden, er 26.000 lysår borte i Mælkevejens centrum, men er skjult af tætte støvskyer. Det monstrøse sorte hul vejer 4 mio. Sol-masser og er omgivet af en sværm af stjerner, som kredser om det med stor fart. Det helt ekstremt kraftige tyngdefelt her - det stærkeste i vores galakse - er det perfekte laboratorium for at afprøve tyngdekraftens fysik, og specielt Einsteins Generelle Relativitetsteori.

Det er nye infrarøde observationer med de meget følsomme instrumenter GRAVITY, SINFONI og NACO på ESO’s Very Large Telescope (VLT), som har givet astronomerne muligheden for at følge en af disse stjerner (som har fået navnet S2), imens den passerede meget tæt forbi det sorte hul i maj 2018. Tættest på var stjernen mindre end 20 mia. km fra det sorte hul, og den susede forbi med en hastighed, som var over 25 mio. km/t - Næsten 3% af lysets hastighed!

Observationer af S2's passage ind om Mælkevejens centrale sorte hul
Observationer af S2's passage ind om Mælkevejens centrale sorte hul

Forskerholdet har sammenlignet positionerne og hastighederne målt med henholdsvis GRAVITY og SINFONI, og har sammenlignet med tidligere observationer af S2 gjort med andre instrumenter. Newtons Love, generel relativitet og andre teorier angående tyngdekræfter er testet, og resultaterne viser klart, at Newtons love ikke er tilstrækkelige, men at der er overordentlig fin overensstemmelse med forudsigelserne gjort med generel relativitet.

Det er et internationalt hold ledet af Reinhard Genzel fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Garching, Tyskland, som har udført de ekstremt præcise målinger, i samarbejde med partnere over hele Verden; Paris Observatory–PSL, Université Grenoble Alpes, CNRS, Max Planck Institute for Astronomy, University of Cologne, Portuguese CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação og ESO. Observationsresultaterne er højdepunktet i en serie mere og mere præcise observationer hen over 26 år af Mælkevejens centrum udført med ESO-instrumenter.

"Det er anden gang, vi har observeret S2 i tæt passage af det sorte hul i galaksens centrum. Men denne gang har vi meget bedre instrumenter, og derfor kan vi observere stjernen med en hidtil uset nøjagtighed" forklarer Genzel. "Vi har forberedt os omhyggeligt til denne hændelse i de sidste mange år, fordi vi ville have så meget som muligt ud af denne enestående chance for at se effekterne af generel relativitet."

De nye målinger viser klart den effekt, som kaldes gravitationel rødforskydning. Lyset fra stjernen bliver strakt til længere bølgelængder af det meget stærke tyngdefelt fra det sorte hul. Og ændringen i bølgelængden for lyset fra S2 passer præcist med den, som forudsiges i Einsteins Generelle Relativitetsteori. Det er første gang, at denne afvigelse fra den klassiske Newtonske teori for tyngdekraften er blevet observeret ud fra en stjernes bevægelse omkring et supertungt sort hul.

Forskerne brugte SINFONI til at måle S2's hastighed imod eller væk fra retningen til Jorden, og instrumentet GRAVITY i VLT Interferometeret (VLTI) til at foretage ekstremt præcise bestemmelser af S2's positioner til brug for banebestemmelsen. Med GRAVITY får man et så skarpt billede, at man kan se stjernens bevægelse fra nat til nat under passagen tæt forbi det sorte hul - på en afstand af 26.000 lysår fra Jorden!

"Vore første observationer af S2 med GRAVITY, for omkring to år siden, viste os allerede dengang, at vi rådede over det idelle laboratorium til studiet af sorte huller" tilføjer Frank Eisenhauer (MPE), som er chefforsker (PI) ved GRAVITY og spektrografen SINFONI. "I løbet af den tætte passage kunne vi endda observere den svage glød omkring det sorte hul på de fleste af billederne. Det gav os mulighed for præcist at følge stjernen i dens bane, og dermed til at kunne måle den gravitationelle rødforskydning i spektret for S2."

Françoise Delplancke, som leder System Engineering Department at ESO, forklarer hvorfor observatioonerne her er så vigtige: "Her i vores eget Solsystem kan vi kun afprøve de fysiske love lige nu, og under særlige omstændigheder. Derfor er det meget vigtigt, at vi i astronomien også kan tjekke, at de samme love også gælder langt væk, langt tilbage i tiden og steder, hvor tyngdefelterne er meget kraftigere."

Forskerholdet fortsætter arbejdet, og forventer, at der også meget snart kan findes bekræftelse for en anden relativistisk effekt; det, som kaldes Schwarzschildpræcessionen, når S2 bevæger sig væk fra det sorte hul.

Xavier Barcons, ESOs Generaldirektør, slutter: “ESO har samarbejdet med Reinhard Genzel og hans hold og med partnere i ESOs medlemstater i over et kvart århundrede. Det har været en enorm udfordring at udvikle de enestående instrumenter, som har været nødvendige for at indsamle disse meget fine målinger, og at få dem til at fungere ved VLT på Paranal. Det, vi fortæller her idag er det spændende resultat af et helt enestående samarbejde."
Kilde: ESO
Illustration af det intergalaktiske net stof fra University of Colorado, Boulder
Illustration af det intergalaktiske net stof fra University of Colorado, Boulder
De sidste 10år har der været stort fokus på at finde mørkt stof og -energi. Men faktisk har vi ikke engang haft helt styr på synlige stof!

Galaksernes masse udgør nemlig kun 10% af det baryonske stof, mens hele 60% findes i diffuse gasskyer mellem galakserne. De sidste 30% har man hidtil ikke kunnet redegøre for. Det mener forskerne nu at de har fundet;
En gruppe forskere fra Italien, Holland, Spanien, Harvard, Colorado mfl, har i 20år prøvet at redegøre for det manglende stof. Tilbage i 2012 foreslog de at det måske gemmer sig som "varm intergalaktisk stof" kaldet WHIM (warm-hot intergalactic medium).
Illustration af metoden til at finde det manglende intergalaktiske stof med Nexwton XXM rumteleskopet
Illustration af metoden til at finde det manglende intergalaktiske stof med Newton XXM rumteleskopet
De har derfor studeret quasaren 1ES 1553 ved hjælp af rumteleskoper som bla. ESA's XXM røntgen rumteleskop, og har fundet tydelige signaturer af højt-ioniseret brint og Helium i dens spektrum. Signaturerne var spredt ud over spektret som illustrationen viser, fordi det lå imellem os og quasaren og derfor har forskellige rødforskydninger.
De har så skabt en model af stoffets fordeling i rummet mellem os.

Under en antagelse om at der er lignende stof spredt ud over resten af himlen, har de derefter vist at det netop vil redegøre for de sidste 30% af universets masse. De forelår at stoffet er blevet slynget ud af galakser og quasarer for milliarder år siden, men har endnu ikke nogen forslag til hvilken kataklystisk begivenhed i universets historie der kan har gjort det.

Kilder: University of Colorado Boulder og XXM/Newton finds missing intergalactic material
Baggrundstråling For at lære mere om de første stjerner, har forskere fra Tel Aviv og Texas ledt efter radiosignaler fra de tidligste stjerner. Og de fandt signalerne ved 78Hz som beregnet og forventet. Til gengæld havde signalerne en langt større amplitude end forudsagt, hvilket ifølge forskerne visere en dybere absorbtion, som indikerer at de tidlige gasser var koldere end forventet.

"Jeg indså at det overraskende signal indikerede 2 spillere: De første stjerner som tændte radiosignalerne og mørkt stof som kølede det almindelige interstellare stof. Ekstra koldt materiale giver en naturlig forklaring på det stærke radio-signal" siger Professor Barkana iflg Tel Avviv University