Vad kom först: svarta hål eller galaxer?

By | February 11, 2024

En illustration av ett magnetfält som genereras av ett supermassivt svart hål i det tidiga universum, som visar turbulenta plasmaflöden som förvandlar gasmoln till stjärnor. Kredit: ROBERTO MOLAR CANDANOSA / JHU

Svarta hål existerade inte bara vid tidernas gryning, de gav upphov till nya stjärnor och gav bränsle till bildandet av galaxer, föreslår en ny analys av data från rymdteleskopet James Webb.

Fynden höjer teorierna om hur svarta hål formar kosmos, och utmanar den klassiska förståelsen som de bildades efter att de första stjärnorna och galaxerna dök upp. Istället kunde svarta hål dramatiskt ha accelererat födelsen av nya stjärnor under universums första 50 miljoner år, en flyktig period inom dess 13,8 miljarder år långa historia.

“Vi vet att dessa monstruösa svarta hål finns i mitten av galaxer nära vår Vintergatan, men den stora överraskningen nu är att de också fanns i början av universum och var nästan som byggstenar eller frön från de första galaxerna.” sa huvudförfattaren Joseph Silk, professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Johns Hopkins University och Paris Institute of Astrophysics, Sorbonne University. “De drev verkligen allt, som gigantiska förstärkare av stjärnbildning, vilket är en radikal förändring från vad vi trodde var möjligt tidigare, till den punkt där detta helt skulle kunna förändra vår förståelse av hur galaxer bildas.”

Verket publicerades nyligen i Brev från astrofysiska tidskrifter.

Avlägsna galaxer i det tidiga universum, observerade genom Webb-teleskopet, verkar mycket ljusare än forskarna förutspått och avslöjar ett ovanligt stort antal unga stjärnor och supermassiva svarta hål, sa Silk.

Konventionell visdom hävdar att svarta hål bildades efter kollapsen av supermassiva stjärnor och att galaxer som bildades efter att de första stjärnorna belyst det mörka tidiga universum. Men Silks teams analys tyder på att svarta hål och galaxer samexisterade och påverkade varandras öde under de första 100 miljoner åren. Om hela universums historia var en 12-månaders kalender, skulle de åren vara som de första dagarna i januari, sa Silk.

“Vi hävdar att svarta hål driver ut strimlade gasmoln, förvandlar dem till stjärnor och kraftigt accelererar takten för stjärnbildning,” sa Silk. “Annars är det väldigt svårt att förstå var dessa ljusa galaxer kom ifrån eftersom de normalt sett var mindre i det tidiga universum. Varför skulle de bilda stjärnor så snabbt?”

Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att ingenting kan undgå dess drag, inte ens ljus. På grund av denna kraft genererar de kraftfulla magnetfält som orsakar våldsamma stormar, driver ut turbulent plasma och i slutändan fungerar som enorma partikelacceleratorer, sa Silk. Denna process, sa han, är förmodligen anledningen till att Webbs detektorer har upptäckt fler svarta hål och ljusa galaxer än forskarna förväntade sig.

“Vi kan inte se dessa våldsamma vindar eller jetstrålar särskilt långt borta, men vi vet att de måste vara närvarande eftersom vi ser många svarta hål i universums tidiga skeden,” förklarade Silk. “Dessa enorma vindar från svarta hål krossar närliggande gasmoln och förvandlar dem till stjärnor. Det är den felande länken som förklarar varför dessa tidiga galaxer är så mycket ljusare än vi förväntat oss.”

Silks team förutspår att det unga universum hade två faser. Under den första fasen accelererade höghastighetsutflöden från svarta hål stjärnbildningen, och sedan i en andra fas saktades utflödena av. Några hundra miljoner år efter Big Bang kollapsade gasmoln på grund av magnetiska stormar från supermassiva svarta hål, och nya stjärnor föddes med en hastighet som vida översteg den som observerades miljarder år senare i normala galaxer, sa Silk. Stjärnskapandet avtog eftersom dessa kraftfulla flöden gick in i ett tillstånd av energibesparing, sade han, vilket minskade den gas som var tillgänglig för att bilda stjärnor i galaxer.

“Vi trodde ursprungligen att galaxer bildades när ett gigantiskt gasmoln kollapsade”, förklarade Silk. “Den stora överraskningen är att det fanns ett frö i mitten av det molnet, ett stort svart hål, och som hjälpte till att snabbt omvandla den inre delen av det molnet till stjärnor i mycket snabbare takt än vi förväntade oss. Och därmed uppstod de första galaxerna …de är otroligt ljusa.”

Teamet hoppas att framtida Webb-teleskopobservationer, med mer exakta räkningar av stjärnor och supermassiva svarta hål i det tidiga universum, kommer att hjälpa till att bekräfta deras beräkningar. Silk hoppas att dessa observationer också kommer att hjälpa forskare att samla fler ledtrådar om universums utveckling.

“Den stora frågan är: vad var vår början? Solen är en stjärna bland 100 miljarder i Vintergatan, och det finns också ett enormt svart hål i mitten. Vad är sambandet mellan de två?” han sa. “Inom ett år kommer vi att ha mycket bättre data och många av våra frågor kommer att börja få svar.”

Författare inkluderar Colin Norman och Rosemary FG Wyse från Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman från University of Colorado och National Institute of Standards and Technology; och Adi Nusser från Israel Institute of Technology.

Mer information:
Joseph Silk et al, Vilket kom först: supermassiva svarta hål eller galaxer? JWST Perspectives, Breven från den astrofysiska dagboken (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0

Tillhandahålls av Johns Hopkins University

Citat: Vilket kom först: svarta hål eller galaxer? (2024, 10 februari) hämtad 11 februari 2024 från https://phys.org/news/2024-02-black-holes-galaxies.html

Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel för privata studier eller forskningsändamål, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *