Galakser og supermassive sorte hull – en kjærlighetshistorie

De fleste galaksene på nattehimmelen har et supermassivt sort hull i sitt senter. Disse parforholdene har vart i milliarder av år, og er sterkere enn vi kan forstå.

NATVIT_galakser_supermassive
M83 er ett av flere eksempler på galakser hvor det er observert et supermassivt sort hull. Det lysegule området i sentrum av galaksen kalles galaksens «bul» og er et område som er ekstra tettpakket med stjerner. I sentrum av bulen skjuler det seg et bittelite, supermassivt sort hull. Bilde: Ken Crawford.

Tekst: Maria Hammerstrøm
FAKTABOKS_sortehull

Romansen begynte da universet fortsatt var veldig ungt. Selv de aller første galaksene var i forhold med supermassive sorte hull, sorte hull som er millioner ganger mer massive enn Solen. Det kan virke som det mest naturlige forholdet i universet, som om de alltid opptrer sammen. Det er ikke mange år siden det store spørsmålet var hvorvidt supermassive sorte hull i det hele tatt eksisterte eller kun var en matematisk kuriositet. I dag mener vi at disse mørke, massive monstrene finnes i de fleste galaksene i universet. Det er i alle fall det som gjerne blir fortalt. Men det er ikke hele sannheten.

Et nært forhold
Vi mennesker har i våre forhold en tendens til å vokse fra hverandre og gå våre separate veier. Slik er det ikke med supermassive sorte hull og galakser. De vokser i takt med hverandre. Og når de først har funnet hverandre, holder de sammen. Kanskje det er en fordel å ha et forhold som drives av gravitasjon i stedet for lidenskap? Når vi observerer galakser som er sammen med supermassive sorte hull, ser vi at det er et helt bestemt størrelsesforhold mellom massen til galaksen og massen til det supermassive sorte hullet. Uansett hvilken av disse galaksene vi ser på, er masseforholdet omtrent det samme: Det som kalles “bulen” til galaksen – det mest tettpakkede området av stjerner i sentrum av galaksen som omfavner det sorte hullet – er rundt tusen ganger mer massivt enn det sorte hullet i sentrum.

Vi kan dessverre ikke sjekke dette masseforholdet i alle de milliardene av galakser som finnes der ute. Det har vi ikke kapasitet til. Men dette masseforholdet er så sterkt tilstede hos de galaksene vi har studert frem til nå, at vi tror det må gjelde alle sammen. For hvorfor skulle det bare gjelde noen utvalgte? Denne tanken er det mange som velger å trekke så langt som å si at det derfor må finnes supermassive sorte hull i alle galakser. Selv der vi ikke kan se noen. Så håpløst romantiske er vi: Universet får ikke en lykkelig slutt før alle galakser har funnet seg et supermassivt sort hull å kose seg med. For det er bare slik masseforholdet vil være oppfylt overalt. Da vil vi kunne si at det å være i et forhold med et supermassivt sort hull er en essensiell del ved det å være galakse.

Å veie et supermassivt sort hull
Trenger vi egentlig å være så opptatt av hva slags forhold galakser og supermassive sorte hull har? Er ikke dette bare en form for kosmisk sladder? Det har faktisk en funksjon. Det er vanskelig å måle massen til supermassive sorte hull. Spesielt de som er langt unna. Her kommer det unike masseforholdet til vår redning! For dersom masseforholdet viser seg å gjelde universelt, kan vi bruke dette til å finne de etterlengtede massene. Det gjør vi ved å måle en annen fysisk størrelse som er lettere å måle, nemlig hastighetene til stjernene som går i baner i bulen til galaksen. Disse hastighetene avslører hva massen til bulen er, og dermed kan vi bruke det oppdagede masseforholdet til å finne massen til det supermassive sorte hullet! Men hvorfor trenger vi å vite hvor massive supermassive sorte hull er? For å finne ut hvordan galakser og supermassive sorte hull kan ha funnet hverandre og utviklet seg, lager astrofysikere simuleringer basert på teoretiske modeller. Var det kjærlighet ved første blikk? Og hvordan har galaksene og de supermassive sorte hullene påvirket hverandre i tiden etterpå?

Så håpløst romantiske er vi: Universet får ikke en lykkelig slutt før alle galakser har funnet seg et supermassivt sort hull å kose seg med.

Astrofysikerne putter forskjellige tall inn i datamaskinene sine og ser hva som skjer. Hva slags galakser og sorte hull simuleringen ender opp med å gi dem, er avhengig av hvilke tall de puttet inn i den teoretiske modellen. Å bestemme størrelsene til en stor mengde supermassive sorte hull gjennom observasjoner er avgjørende for å vite hva slags galakser og supermassive sorte hull simuleringene burde reprodusere. Dette kan vi bruke til å sjekke hvilken av de teoretiske modellene som er riktig. Resultatet? En viktig bit faller på plass for vår forståelsen av hvordan universet har utviklet seg til å bli slik det er i dag. Og kanskje vil vi klare å finne svaret på gåten om hvorfor masseforholdet mellom galakser og supermassive sorte hull alltid er det samme? Men for å gjøre dette, må vi først vite om masseforholdet vi vil bruke faktisk gjelder universelt.

Single galakser til besvær
Det mystiske masseforholdet peker i retning av at alle galakser burde være i forhold med hvert sitt supermassive sorte hull. Men akkurat som hos mennesker, er det ikke alle galakser som ser ut til å være i et forhold. Enten er disse galaksene faktisk single, altså uten et supermassivt sort hull, eller så er det som vi håper mest på, nemlig at tilsynelatende single galakser faktisk er involvert i så hemmelighetsfulle forhold at de skjuler sine supermassive sorte hull fra oss. Da vil det fortsatt vært håp om at det etterlengtede masseforhold gjelder universelt, selv om det ikke ser sånn ut ved første øyekast. Problemet er at vi hovedsakelig finner supermassive sorte hull hos de mest massive galaksene, for her er de lettere å få øye på. Jo større galakse, desto større supermassivt sort hull. Hvor lite kan et supermassivt sort hull være før vi ikke lenger kan få øye på det? Og vil masseforholdet gjelde for supermassive sorte hull av absolutt alle størrelser?

I fjor oppdaget astronomer det minste supermassive sorte hullet vi har sett så langt. Dette sorte hullet følger det magiske masseforholdet rimelig bra. Men vi har funnet for få galakser med små supermassive sorte hull til å kunne trekke noen konklusjoner. Og ettersom jakten på dem er så vanskelig, vil det ta lang tid å finne ut om størrelsesforholdet er universelt eller ikke. Uavhengig av hva svaret viser seg å bli, ser vi at universet er fylt med kjærlighetshistorier om galakser og supermassive sorte hull som har funnet hverandre. Ved å studere mange flere av dem, kan vi kanskje finne ut hemmeligheten som ligger bak deres solide forhold.

2014-00-argument-byline-logo-small
Maria Hammerstrøm er masterstudent i astrofysikk ved UiO, grafisk designer på Realfagbiblioteket, blogger på www.astromaria.no og nyansatt hos Ny Vitenskap.