Oprindelsen af ​​'Mirach's Ghost' perplexer forskere i sort hul

 Cirka 10 millioner lysår fra Jorden kan en sløret galakse ved navn Mirachs Spøgelse hjælpe med at afsløre et mørkt mysterium: hvor de største sorte huller i universet kom fra. Men denne spøgelsesrige galakse har også uddybet mysteriet omkring disse genstands fødsler.

Et sort hul er en singularitet, et område i rummet, hvor materien er blevet for tæt til at opretholde sig selv og kollapset til et formløst punkt. Supermassive sorte huller (SMBH'er) er kosmiske monstre, der ofte vejer milliarder af gange solens masse i sammenligning med massen af ​​tunge stjerner, der danner almindelige sorte huller. De sidder i centrum af store galakser, suger op gas og pisker stjerner rundt med deres enorme tyngdekraften. Der er en i midten af ​​Mælkevejen og en endnu større en i midten af ​​Jomfru A-galaksen, som astronomer har fotograferet. Men det er stadig ikke klart, hvordan disse enorme objekter dannede sig.

Fysikere tror, ​​at der er to muligheder: Måske er SMBH'er gamle træk ved universet, objekter, der direkte kollapset ud af den varme masse, der strømmer gennem rummet efter Big Bang. Eller måske dannede de sig som ethvert andet sort hul i universet: som et resultat af detoneringen af ​​døende stjerner. Hvis sidstnævnte forklaring var korrekt, ville SMBH'er have startet i det små og opsamlet yderligere masse i løbet af eoner ved at søde støv og andre stjerner op.

Relaterede: 9 fakta om sorte huller, der vil sprænge dit sind

"Problemet er, at i begge tilfælde er de fleste sorte huller vokset markant siden deres fødsel og opsamlede skyer af gas og støv, der hvirvler omkring dem," sagde Timothy Davis, en astrofysiker ved Cardiff University i Wales. "Dette gør dem tungere og gør det vanskeligt at bestemme den masse, de begyndte deres liv med."

Så Davis og hans kolleger var på udkig efter de mindste SMBH'er, de kunne finde.

Disse små supermassiver, fortalte han, "har ikke haft chancen for at forbruge store mængder materiale i deres fortid, [så ved at studere dem er vi] tæt på at afsløre, hvordan SMBH'er må have set ud, da de blev dannet."

Forskerne studerede SMBH i midten af ​​galaksen "Mirach's Ghost" (så opkaldt, fordi galaksen fra Jorden ser ud som en tilsyneladelse nær stjernen Mirach) ved hjælp af en ny teknik til at bestemme dens masse.

Relaterede: De største uløste mysterier inden for fysik

Når man stole på data fra Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i Chile, målte forskerne hastigheden på kulilte, da den hvirvlede mod SMBH i midten af ​​Mirachs Ghost-galakse.

"Ligesom vand, der går rundt i et plug-hole, går denne gas hurtigere og hurtigere, når det nærmer sig det sorte hul," sagde Davis.

Den hvirvlende er et produkt af det sorte huls masse, så hastigheden på det hvirvlende - præcist målte - kan fortælle forskere, hvor meget det sorte hul vejer. ALMAs billeder med en opløsning på 1,5 lysår (meget detaljerede for et så langt objekt) gjorde det muligt. Denne SMBH, fandt de, har en masse mindre end 1 million gange vores sol - en baby efter SMBH-standarder. Baseret på estimater af hvor meget det er vokset siden det blev født, vejes det sandsynligvis mindre end 500.000 gange massen af ​​vores sol, da den blev født, sagde Davis.

-Universet: Big Bang til nu i 10 nemme trin

-De 15 underligste galakser i vores univers

-101 astronomibilleder, der vil sprænge dit sind

Det viser ikke nogen af ​​oprindelseshistorierne korrekt, fandt forskerne. Men det er noget, der tipper balancen mod modellen med direkte sammenbrud, idet den udelukker mere ekstreme versioner af direkte sammenbrudsteori. Nogle teorier med direkte sammenbrud tillader overhovedet ikke SMBH'er, der er små.

Stadig er oprindelsen af ​​sorte huller et mysterium. Et problem: Andre observationer har vist, at meget store SMBH'er eksisterede i deres nuværende form meget hurtigt efter Big Bang, hvilket trodser vores antagelser om, hvor hurtigt sorte huller kan vokse.

"Vi kender to hovedmåder til at fremstille SMBH'er, og ingen af ​​disse kan fremstille sorte huller i denne størrelse direkte. I stedet for må de være født mindre og vokset til disse vidunderlige størrelser. Dette er virkelig vanskeligt at gøre, da der er en grænse til hvor meget et sort hul kan sluge i den tid, der er til rådighed siden universet blev skabt, ”sagde Davis. "Vores arbejde forstærker dette problem. Vi har vist, at uanset hvilken mekanisme der gør SMBH'er, giver dem mulighed for at have en masse mindre end 500.000 gange massen af ​​vores sol, når de fødes."

Selvom det vælter skalaerne mod direkte sammenbrudsteorien, giver ingen af ​​teorierne gode forklaringer på, hvor en sådan lille SMBH kunne være kommet fra. Det eventuelle svar vil sandsynligvis involvere nogle markante ændringer af en af ​​de modeller, som fysikere har lige nu.

Så nu kender fysikere lidt mere om, hvordan unge SMBH'er ser ud. Men de er stadig ikke sikre, hvor de kom fra. Avisen, der beskriver det sorte hul i midten af ​​Mirachs spøgelse, blev offentliggjort i dag (14. juli) i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.