Fyrir óralöngu síðan, í dvergþoku einni langt, langt í burtu fer fram hildarleikur af kosmískum stærðum. Stjarna nokkur ratar of nærri svartholi sem leynist þar hjá og sogast inn í það vegna ógurlegra þyngdarkrafta þess.
Stjarnan getur ekki sloppið undan þessu heljartaki. Í spírallaga ferli togast hún sífellt nær svartholinu þar til hún tætist að lokum í sundur.
Svartholið gleypir stóran hluta af stjörnunni og þeytir restinni frá sér í risavöxnum boga af glóheitu efni og skin hans er svo mikið að það lýsir skærar en allt annað ljós frá stjörnum dvergþokunnar í nokkurn tíma.
850 milljón árum síðar, í júní 2020, er teymi stjarnfræðinga á jörðu niðri svo lánsamt að beina sjónaukum sínum einmitt að þessari dvergþoku. Vísindamennirnir eru að leita eftir sprengistjörnu en allt í einu sjá þeir blossana frá dauðastríði stjörnunnar.
Núna, eftir tveggja ára þrotlausar greiningar, eru sérfræðingarnir ekki í vafa um hvað er hér í gangi. Stjarna er gleypt af svartholi en það sem er öllu mikilvægara: Svartholið er af gerð sem vísindamenn komast afar sjaldan í tæri við.
Útreikningar þeirra sýna nefnilega að það hlýtur að vega milli 100.000 og 1 milljón sinnum þyngdar sólar og þar með tilheyrir svartholið flokki meðalstórra svarthola.
Þessi þyngdarflokkur hefur um áratuga skeið verið ákaflega eftirsóknarverður meðal vísindamanna, því hann gæti leyst eina af helstu ráðgátum stjarnfræðinnar: Hvernig hafa þyngstu svartholin í hjarta stjörnuþoka orðið jafn stór og raun ber vitni? Og svarið við þeirri spurningu hefur afgerandi þýðingu um hvernig okkar eigin stjörnuþoka, Vetrarbrautin, varð til.
Svarthol eru ósýnileg
Svarthol eru vafalítið einhver furðulegustu fyrirbæri í alheimi. Þau myndast þegar ógnarstór massi þjappast saman á afar litlu svæði, þannig að þyngdarkraftur hans verður óendanlega stór. Allt sem sogast inn í svarthol mun því verða að eilífu ósýnilegt, því ljósið sjálft getur ekki einu sinni sloppið undan þyngdaraflinu.
Svona mun gervigreind auðvelda þér lífið
Heilbrigði, öryggi, samskipti og flutningar eru bara fáein þeirra sviða þar sem gervigreind skiptir máli í lífi þínu í dag, á morgun og á næstu áratugum.
Lesa grein
Þetta þýðir einnig að ógjörlegt er að sjá svarthol. Tilvist þeirra kemur einungis í ljós vegna þeirra áhrifa sem þyngdarkraftur svarthola hefur á nánasta umhverfi þeirra.
Svartholum er skipt upp í þrjá þyngdarflokka. Sá léttasti inniheldur svarthol með massa sem samsvarar massa stórra stjarna. Í þyngsta flokknum finnast ofurþung svarthol sem geta vegið milljón sinnum meira.
Svarthol eru í þremur þyngdarflokkum
Stjarnfræðingar skipta svartholum í þrjá flokka eftir massa þeirra. Nákvæm mörk er þó ekki að finna milli flokkanna en ljóst er að svarthol í millivigt eru ákaflega fágæt og hafa sjaldan sést.
Léttvigt: Skapast af springandi stjörnum
Léttasti flokkur svarthola myndast ef stjörnur sem eru minnst þrefaldur massi sólar brenna upp og springa. Svarthol í þessum flokki vega á milli þriggja og tíu sólarmassa en flokkurinn nær upp í allt að 100 sólarmassa.
Millivigt: Dyljast fyrir stjarnfræðingum
Svarthol milli 100 og einnar milljónar sólarmassa hafa fram til þessa verið afar torfundin. Ef þau eru til í miklum mæli getur það verið til marks um að þetta sé millistig sem tengir léttasta flokkinn við þann þyngsta.
Þungavigt: Ráða ríkjum í hjarta stjörnuþoka
Svokölluð ofurþung svarthol er að finna í miðju stórra stjörnuþoka, t.d. í Vetrarbrautinni okkar. Þessi svarthol geta verið allt frá einni milljón til margra milljóna sólarmassa. Stjarneðlisfræðingar eru ekki vissir um hvernig slík svarthol myndast.
Stjarnfræðingar hafa fundið hundruði svarthola í léttvigt og þungavigtarflokki. En einungis handfylli af svartholum í millivigt og ummerki þeirra í formi geislunar eru í mörgum tilvikum ekki áreiðanleg. Millivigtin hefur því verið nefnd „týndi hlekkur“ svartholanna.
Finnist þau í miklum mæli gætu þau verið millistig milli þeirra léttu og hinna ofurþungu. Og það myndi þá staðfesta kenningu um að þungavigtarsvartholin hafi myndast þegar þúsundir af minni svartholum hafa runnið saman á mörgum milljörðum ára.
Ljóskúrfa afhjúpar „týnda hlekkinn“
Það var hrein tilviljun að þetta millistóra svarthol í dvergþoku hafi yfirhöfuð uppgötvast. Alþjóðlegt teymi stjarnfræðinga var að leita eftir sprengistjörnu með tveimur sjónaukum á Hawaii, þegar þeir fönguðu ljósblik frá dvergþoku í 850 milljón ljósára fjarlægð.
Ljósblik þetta varð sífellt sterkara og á næstu dögum og vikum fylgdust vísindamennirnir með dvergþokunni með ennþá fleiri sjónaukum, m.a. geimsjónaukanum Hubble.
Hubble-geimsjónaukinn fangaði ljósblik þegar stjarna tættist í sundur nærri nýuppgötvuðu meðalstóru svartholi.
Eftir aðeins 13 daga náði ljósstyrkurinn hámarki en tók síðan að minnka smám saman.
Þetta ferli passar ekki við dauðateygjur sprengistjörnu – það líktist öllu heldur geislunarkúrfu sem stjarnfræðingar hafa áður greint þegar ofurþung svarthol tæta stjörnur í sundur. En þó var einn mikilvægan mun að finna: Kúrfan toppaði tvöfalt hraðar, rétt eins og fræðileg líkön hafa sagt fyrir um að myndi gerast þegar millistór svarthol eiga í hlut.
13 dagar liðu áður en ljósið frá stjörnuþokunni náði hámarki. Það sagði vísindamönnum að svartholið tilheyrði millivigt.
Út frá líkönum og geislunarkúrfunni gátu stjarnfræðingar nú reiknað betur út massa svartholsins og reyndist það vera milli 100.000 og 1 milljón massar sólar okkar. Þetta er í fyrsta sinn sem vísindamenn hafa notað þann hraða sem tekur geislunina að minnka til að reikna út massa svarthols.
Einnig þykir ákaflega áhugavert að millistórt svarthol hafi fundist í dvergþoku, því að það rennir stoðum undir kenningu um að ofurþung svarthol verði til þegar fleiri dvergþokur renna saman.
13 dagar liðu áður en ljósið frá stjörnuþokunni náði hámarki. Það sagði vísindamönnum að svartholið tilheyrði millivigt.
Hafi hver dvergþoka lagt sitt af mörkum með millistóru svartholi geta svartholin hafa gleypt hvert annað í sig og myndað sífellt stærri svarthol. Á endanum yfir langan tíma verður það til þess að við fáum núna greint ofurþungt svarthol í miðju stóru stjörnuþokanna.
Ólíkt þessari kenningu er til önnur sem kveður á um að stórar stjörnuþokur og ofurþungu svartholin í miðju þeirra hafi myndast í einu ferli frá risavöxnu gasskýi.
Tvær kenningar útskýra ofurþung svarthol.
Ein helsta ráðgáta stjarnfræðinga er hvernig stórar stjörnuþokur með ofurþungum svartholum í miðju sinni verða til. Vísindamenn vinna með tvær andstæðar kenningar sem hvor hefur sinn styrk og einnig veikleika.
Kenning 1: Öll svarthol fæðast lítil
Í bernsku alheims hrundu útbrunnar stjörnur í dvergþokum saman og fæddu lítil svarthol sem síðar runnu saman og urðu meðalstór. Þegar stjörnuþokurnar uxu saman gerðu svartholin það einnig.
- Styrkur: Vísindamenn vita að lítil svarthol geta runnið saman. Þetta var í fyrsta sinn skrásett árið 2015 með mælingu þyngdarbylgja sem rúlla í gegnum alheim þegar miklir massar eru á hreyfingu.
- Veikleiki: Kenningin krefst þess að svarthol af meðalstærð geti runnið saman og slíkt hefur aldrei fengist staðfest.
Kenning 2: Þungavigtin hefur alltaf verið stór
Stórar stjörnuþokur hafa myndast af risavöxnum gasskýjum fyrir óralöngu síðan. Í hverju skýjanna hefur efnið á ystu svæðunum safnast saman í stjörnur en í miðhluta þess hafa stjörnurnar hrunið saman og myndað ofurþung svarthol.
- Styrkur: Athuganir sýna að það fyrirfundust ofurþung svarthol þegar fyrir 10 – 15 milljörðum ára. Alheimur er einungis 13,8 milljarða ára gamall svo fyrstu svartholin hljóta að hafa myndast á tiltölulega litlum tíma.
- Veikleiki: Samkvæmt tölvulíkönum getur gasský runnið saman og myndað svarthol en stjarnfræðingar hafa aldrei séð nein merki um slíkt ferli.
Kenningarnar um sköpunarsögu ofurþungra svarthola tengjast því hvernig stórar stjörnuþokur, eins og Vetrarbraut okkar, hafa þróast.
Til þess að geta skorið úr um hvor kenningin er réttari þurfa stjarnfræðingar að vita meira um millistór svarthol og með þessari nýju uppgötvun hafa þeir nú fengið betri verkfæri til að vinna með.
Vísindamenn vita nefnilega nú að þeir þurfa að leita eftir slíkum svartholum í dvergþokum og einnig hvað það er sem þeir ættu að svipast eftir: Ljósblik í ferli sem einkennir banvænt stefnumót stjarna við millistór svarthol.
Í Chile er að finna nýjan sjónauka sem nefnist Vera C. Rubin sem verður innan tíðar tilbúinn til að taka þátt í slíkri vegferð. Sjónaukinn er með stóran spegil sem er 8,4 m í þvermál og er því heppilegri til að rannsaka ljós frá tiltölulega daufum dvergþokum.
Nýi ofursjónaukinn Vera C. Rubin í Chile á að fanga ljósblik frá þúsundum stjarna, þegar þær sogast inn í meðalstór svarthol í fjarlægum dvergþokum.
Þegar Rubin-sjónaukinn verður tekinn í notkun á næsta ári getur hann bæði vaktað stærri hluta af himinhvolfinu og rýnt dýpra út í rúmið. Stjarnfræðingar vænta þess að á næstu 10 árum geti sjónaukinn fundið allt að 80.000 ljósblik frá stjörnum sem eru að sogast inn í svarthol.
Ef drjúgur fjöldi þeirra tilheyrir millivigtinni gæti það bæði hjálpað mönnum til að skilja betur hvernig svarthol vaxa og einnig hvernig okkar heimili í alheimi, Vetrarbrautin, hefur myndast.
