Forskere med tilknytning til detektorerne LIGO, Virgo og Kagra har observeret en højst usædvanlig forstyrrelse i rumtiden. Deres detaljerede analyser peger på, at et himmellegeme, som er betydeligt lettere end Solen, var involveret i et kosmisk sammenstød. Der spekuleres nu intenst i videnskabelige kredse om, hvorvidt man for første gang har observeret et såkaldt oprindeligt sort hul, som blev dannet umiddelbart efter Big Bang. Hvis dette bekræftes, kan det revolutionere vores nuværende forståelse af universets mørke stof.
For forskerholdet i LVK-netværket, som står for koordineringen af observationerne, er registrering af tyngdebølger nærmest blevet en rutineopgave. Men denne hændelse afveg markant fra alt, hvad de tidligere har set. Et af de kolliderende objekter vejede nemlig kun mellem 0,1 og 0,87 solmasser. Med over 99 procents sikkerhed viser dataene, at legemet lå under vægten af Solen, hvilket slet ikke stemmer overens med klassiske astrofysiske modeller for stjernernes udvikling.
Man overvejede hurtigt, om der kunne være tale om en hvid dværg eller en neutronstjerne, da disse også ligger i den lave vægtklasse. Udfordringen er blot, at sådanne kollisioner plejer at udsende kraftig elektromagnetisk stråling, som gammaglimt eller røntgenstråler. Denne gang fangede teleskoperne absolut ingenting. Det rene tyngdebølgesignal peger i stedet entydigt på et usynligt sammenstød mellem to sorte huller.
S251112cm-signalet giver fysikere et enormt mysterium
Mysteriet har fået betegnelsen S251112cm og er nu en fascinerende tilføjelse til kataloget over observerede rystelser i rumtiden. Sådanne kosmiske bølger opstår typisk, når kolossale objekter støder dramatisk sammen. LVK-netværket fungerer som gigantiske ører, der lytter efter disse fjerne katastrofer, med anlæggene LIGO i USA, Virgo i Italien og Kagra i Japan.
Når en tyngdebølge strømmer igennem Jorden, ændrer den kortvarigt laser-interferometrenes arme med en afstand, der er mindre end diameteren på en enkelt proton. Samarbejdet mellem disse tre avancerede faciliteter gør det muligt for eksperterne at fastslå afstanden, massen og selv rotationen på de involverede legemer med utrolig præcision.
Det var netop disse ekstremt følsomme målinger, der afslørede den usædvanligt lave masse ved hændelsen S251112cm. Dataene blev ugevis gransket af eksperter fra LIGO-observatorierne i Hanford og Livingston i tæt samarbejde med forskere fra Virgo. Uafhængige forskerhold fra Kagra nåede frem til de nøjagtig samme konklusioner, hvilket blot forstærkede mystikken.
Hvorfor almindelige stjerner ikke danner så små sorte huller
Et klassisk sort hul opstår næsten altid som resultatet af en massiv stjernes dramatiske endeligt. Stjernens indre kerne kollapser simpelthen under sin egen ekstreme tyngde, mens de ydre lag blæses væk i en altødelæggende supernova. Fysikkens love og de kosmiske kræfter sætter dog en fast nedre grænse for, hvor små disse objekter kan blive via en sådan proces.
Den teoretiske minimumsvægt for et stjerne-genereret sort hul ligger på omkring tre gange massen af Solen. Da signalet fra S251112cm indikerer et legeme under en enkelt solmasse, står astrofysikerne over for et regulært brud på de etablerede modeller. Fremtrædende forskere fra Massachusetts Institute of Technology og University of Chicago har systematisk gennemgået samtlige kendte scenarier for stjerners evolution, men ingen af dem kan forklare legemets bemærkelsesværdige eksistens.
Ældgamle sorte huller ifølge Stephen Hawkings teorier
Her træder de såkaldte oprindelige sorte huller for alvor ind i billedet, en fascinerende idé, som den berømte astrofysiker Stephen Hawking blandt andre arbejdede intensivt med for årtier siden. Disse adskiller sig fundamentalt fra normale sorte huller ved ikke at have en stjerne som ophav. I stedet menes de at være skabt i de allertidligste brøkdele af et sekund lige efter Big Bang.
I det ultramodernede og spæde univers herskede der kaotiske betingelser med ufattelige temperaturer og ekstreme udsving i stoftætheden. Under visse forhold kunne massen klumpe sig så tæt sammen, at tyngdekraften straks faldt sammen om sig selv og skabte et sort hul. Dette fænomen menes at være opstået blot få mikrosekunder inde i universets levetid, i en tid hvor almindelige stjerner slet ikke var begyndt at tage form.
De formodede egenskaber for oprindelige sorte huller omfatter:
- Skabt i mikrosekunderne umiddelbart efter Big Bang
- En samlet vægt, der ligger under en enkelt solmasse
- Total mangel på elektromagnetisk stråling ved sammenstød
- Ekstremt kompakte dimensioner på blot omkring fem kilometer i diameter
- En fremragende potentiel forklaring på universets mørke stof
- Stabil eksistens over mange milliarder år uden synderlig energitab
- Kan indtil videre udelukkende spores via uhyre svage tyngdebølger
- Stærkt tilknyttet fasetransitionninger af stof i det allerførste univers
Hvis fysikernes aktuelle tolkning holder vand, har anlæggene i LVK for allerførste gang opfanget ekkoet af to sådanne ældgamle objekter, der er stødt sammen i mørket. Tyngdebølgerne beviser dermed deres værd som et helt unikt vindue ind til tidens morgen.
Hvad et sort hul på størrelse med en by egentlig betyder
Når talen falder på et sort hul på 0,87 solmasser, lyder det måske ikke umiddelbart foruroligende lille for det utrænede øre. Først når man kigger på objektets fysiske udstrækning, bliver det for alvor absurd. Diameteren ville sandsynligvis kun være cirka fem kilometer. Det svarer i praksis til at klemme næsten hele vægten af Solen ned i et rumligt område på størrelse med en gennemsnitlig europæisk by.
Forskere ved Virgo-anlægget i den italienske by Cascina har foretaget fascinerende udregninger på dette scenarie. De påpeger, at tyngdekraften på overfladen af så komprimeret et objekt ville være en hel billion gange stærkere end den, vi oplever på Jorden. Rumtiden vil lokalt krumme så ekstremt, at selv lys ville blive tvunget ind i vilde spiralbaner omkring den knusende begivenhedshorisont.
Eksperter tilknyttet Kagra-projektet i Tokyo understreger desuden, at kosmos kan være fyldt til randen med disse ældgamle mini-strukturer. Modsat de voldsomme stjerne-baserede sorte huller besidder de hverken akkretionsskiver af glødende gas eller udsender intense partikelstråler, hvilket gør dem skræmmende usynlige i verdensrummet.
Mørkt stof som en enorm sværm af oprindelige sorte huller
Bliver oprindelsen af S251112cm endeligt videnskabeligt bekræftet, rækker perspektiverne langt ud over blot klassificeringen af et nyt eksotisk rumobjekt. Opdagelsen rører nemlig direkte ved selve kernen af astrofysikkens største gåde: mørkt stof. Det synlige univers, med alt dets blændende lys, udgør kun en forsvindende lille brøkdel af det samlede kosmiske puslespil.
I generationer har fysikere søgt efter nye fundamentale partikler, som for eksempel de teoretiske WIMPs eller lette bosoner, for at forklare galaksernes usynlige masse. De gigantiske underjordiske detektorer har dog gang på gang leveret totalt resultatløse målinger. Netop i dette lys står en enorm population af mini-sorte huller nu stærkere end nogensinde som det perfekte reelle alternativ.
Beregninger foretaget af førende forskere fra California Institute of Technology i tæt samarbejde med LIGO viser, at stjernesystemernes haloer kan rumme enorme mængder af disse skjulte lommer. Med en anslået tæthed på ét legeme pr. kubikparsec ville deres samlede tyngdeudtræk præcis matche astronomernes data, uden at vores trygge planet på Jorden behøver frygte en pludselig apokalyptisk kollision.
Forskere bevarer den kritiske sans og kræver solide beviser
På trods af den nærmest euforiske stemning i de astrofysiske miljøer, maner de involverede eksperter kraftigt til besindighed. Det banebrydende studie er foreløbigt kun gjort tilgængeligt i databasen arXiv og venter fortsat på den strenge, uafhængige fagfællebedømmelse. Derfor omtales signalet også forsigtigt som en “kandidat” til et oprindeligt sort hul.
Forskerholdene afsøger systematisk, om udsvinget kan skyldes yderst komplekse tyngdekraft-interaktioner inde i ekstremt tætpakkede stjernehobe. I sådanne turbulente miljøer kan fjerne himmellegemer hvirvle ind i hinanden på kryds og tværs og dermed skabe stærkt forvirrende og slørede tyngdebølgemønstre.
Selvom alt i øjeblikket peger på, at hypotesen om et urgammelt mini-sort hul passer bedst med dataene, mangler der én afgørende brik: gentagelsen. Skulle LVK fange et tilsvarende signal inden for overskuelig fremtid, ændres alt. For at fremme denne proces forbereder LIGO-observatoriet i Hanford sig lige nu på at frigive hele deres ubehandlede datasæt til fri og uafhængig global analyse.
Næste kapitel i den intense jagt på universets mindste sorte huller
Hvis teorien i sidste ende modstår den ubarmhjertige videnskabelige kritik, står vi foran en sand guldalder inden for kosmologien. Astronomer verden over vil utvivlsomt begynde at finkæmme enorme arkiver af gamle data fra LVK, med det specifikke formål at lokalisere tidligere oversete, mikroskopiske anomalier i tyngdebølgerne.
Samtidig vil teoretikerne blive tvunget tilbage til tegnebrættet for at fintune modellerne for det allertidligste univers. Denne revolutionerende viden vil kunne ændre radikalt på designet af kommende rummissioner og påvirke kalibreringen af komplekse neutrinodetektorer overalt på kloden. Det kan endda føre til, at visse dyre milliard-projekter inden for partikelfysikken skrinlægges til fordel for helt nye astronomiske tiltag.
Hver eneste nye registrering af de små sorte huller udgør en fabelagtig mulighed for at stressteste vores fundamentale love for tyngdekraft under de mest utænkelige vilkår. Selvom det kan virke som elitær abstrakt teori, er det netop denne form for afsøgning af de yderste fysiske grænser, der i sidste ende driver den menneskelige civilisation fremad. Det var præcis på denne uforudsigelige måde, at vi engang fik opfindelser som avanceret lægelig scanning og moderne satellitnavigation, der i dag er uundværlige hjørnesten i hverdagen.
