Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Kvasarernes lysshow slår alle rekorder

Astronomer målte i 2020 den kraftigste eksplosion nogensinde, da en kvasar udsendte et dødsskrig af lys. Målingerne viser nu, at kvasarer fører til kosmiske uvejr, som giver svaret på nogle af universets største gåder.

M. Kornmesser/ESO

I en fjern, fjern galakse begyndte et supertungt sort hul for millioner af år siden at tiltrække gas. Med stigende appetit slugte det sorte hul de hvirvlende gasser, hvilket fik temperaturen til at stige til flere millioner °C.

Lige inden atomerne forsvandt ned i intetheden, udsendte de et sidste desperat skrig af lys, der blussede ud gennem galaksen. Samtidig skød det sorte huls magnetfelt to stærkt lysende jetstrømme ud med næsten lysets hastighed – en kvasar var blevet tændt.

Rumteleskopet Hubble observerede i april 2020 universets kraftigste eksplosion – en kvasar fra et sort hul, der rummer otte milliarder gange mere masse end Solen.

© STScI/ESA/NASA

I 2020 observerede rumteleskopet Hubble universets hidtil kraftigste eksplosion, da kvasaren med det knap så mundrette navn SDSS J135246.37+423923.5 tændte.

Rumteleskopets målinger afslører, at kvasarer er skyld i voldsomme kosmiske stormvejr, der kan vise sig at være nøglen til nogle af universets største gåder.

Fyrtårne beviste Einsteins teori

Den første kvasar blev opdaget i 1963 af den amerikanske astronom Maarten Schmidt. Opdagelsen beviste samtidig, at sorte huller ikke blot er en eksotisk forudsigelse i Einsteins relativitetsteori, men et reelt fænomen i virkelighedens univers.

Astronomerne havde i begyndelsen af 1960’erne fundet flere mystiske radiokilder, som de kaldte kvasistjerner, fordi radiobølgerne havde andre bølgelængder end radiostrålingen fra almindelige stjerner.

Se 3d-animation af den umulige kvasars altoverstrålende dødsskrig:

Da Maarten Schmidt undersøgte en af radiokilderne i et teleskop, opdagede han, at fænomenet ikke skyldtes en stjerne, men et fjernt og ukendt objekt, som udsendte kortbølget stråling og synligt lys fra energirige brintgasser.

Grunden til, at astronomerne havde observeret radiobølger i stedet for synligt lys, var, at lysbølgerne havde rejst gennem rummet i 2,4 mia. år og var blevet udstrakt til lange radiobølger pga. universets udvidelse.

Støv og gas udstøder skrig af lys

Kvasarer bliver tændt, når gigantiske, supertunge sorte huller ubønhørligt suger støv og gas til sig. Inden gasserne forsvinder ned i intetheden, antænder de og udsender et sidste desperat dødsskrig.

Til trods for at selve lyskilden blot var på størrelse med Solsystemet, overstrålede den lyset fra 100 galakser. Ifølge Schmidt kunne det kun betyde en ting: Lyset måtte stamme fra glohede brintgasser, der hvirvlede rundt omkring et supertungt sort hul.

Siden har astronomerne observeret over en million kvasarer. De kosmiske fyrtårne bliver tændt i store galakser med masser af gas og heftig stjernedannelse.

Lystryk skaber gasorkanen

Eksplosionen af lys i kvasarens hjerte skaber et ekstremt lystryk, som skubber brintgasser i alle retninger.

Umiddelbart virker det underligt, at lyset fra en kvasar skaber så voldsomt et tryk, at det kan skubbe gasmængder svarende til flere hundrede gange Solens masse hele vejen ud gennem kvasarens værtsgalakse.

100 millioner år kan en kvasar lyse, inden det sorte hul har opbrugt sit brændstof.

Men når lyset fra en tilstrækkelig stærk lyskilde bombarderer atomer, trykker lyspartiklerne på deres omgivelser. Det sker fx dybt inde i Solen, hvor lystrykket fra fusionsprocesserne i kernen modvirker, at tyngdekraften trækker stjernen sammen og får den til at kollapse.

Kvasaren lyser kraftigere end flere hundrede milliarder sole tilsammen, og derfor udløser det ekstreme lystryk en galaktisk orkan, der sender brintgasser på flugt i alle retninger ud af galaksen.

Hubble måler hastigheden

Ved orkanens front opvarmes de flygtende gasser til over én milliard grader celsius, hvilket får de glohede atomer til at udsende store mængder energirig røntgenstråling, der senere følges af synligt lys og infrarød varmestråling.

Hubble har observeret ti kvasarer, der befinder sig fire til ni milliarder lysår fra Jorden. På deres rejse gennem rummet bliver lysbølgerne strakt ud, fordi universet udvider sig.

Med andre ord er de ti kvasarers oprindelige røntgenstråling blevet strakt til længere bølgelængder og har derfor ændret sig til ultraviolet stråling, inden de når frem til os.

Ultraviolet lys bliver normalt blokeret af Jordens atmosfære, men da Hubble kredser udenfor, har den frit udsyn til at observere de galaktiske orkaner.

© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

Hubble spotter gigantisk gasorkan

Lyset fra kvasaren er så stærkt, at lystrykket blæser en orkan af gas ud gennem galaksen. Rumteleskopet Hubble har målt ti kvasarer og afsløret, at gasserne farer afsted med op til 21.000 km i sekundet.

  • Kvasarens lystryk blæser gasser ud gennem galaksen

    Selvom kvasaren er på størrelse med Sol­systemet, lyser den tusind gange kraftigere end de flere hundrede milliarder stjerner i værtsgalaksen tilsammen. Lystrykket sender skyer af brintgasser på flugt i alle retninger ud af galaksen.

  • Hubble ser stråling fra flygtende brintgasser

    Lyset fra kvasaren får gasserne til at udsende energirig ultraviolet stråling, som rammer spektrometeret Cosmic Origins Spectrograph på rumteleskopet Hubble. Teleskopet kan kun observere den galaktiske orkan, fordi det er hævet over Jordens atmosfære.

  • Skiftende bølgelængder afslører gassernes hastighed

    Spektrometeret måler bølgelængderne i strålingen. Bølgelængden fra gas, der bevæger sig væk fra teleskopet, øges en smule, mens bølgelængden afkortes, når gasserne bevæger sig imod Hubble. Forskellen bruges til at bestemme brintgassernes fart.

Spektrometeret Cosmic Origins Spectrograph bestemte strålingens bølgelængder præcist, hvilket gjorde det muligt at måle hastighederne af de flygtende brintgasser for første gang nogensinde.

Spektrometeret er så følsomt, at det kan registrere små forskelle i bølgelængderne fra gasser, der bevæger sig hen imod eller væk fra rumteleskopet.

Bølgelængden forlænges en smule, når en gassky bevæger sig væk fra Hubble, og den bliver lidt kortere, når gassen blæser hen imod teleskopet.

Ved at bestemme forskydningerne af bølgelængderne i de galaktiske orkaner har Hubble registreret tophastigheder på mellem 4900 og 21.050 kilometer i sekundet. Hurtigst var gasorkanen fra kvasaren SDSS J1042+1646.4, der befinder sig i stjernebilledet Løven.

8 milliarder gange Solens masse havde det sorte hul, som affyrede den hidtil største kvasar.

Resultaterne fra Hubble var dårligt nok blevet offentliggjort, før Gemini North-teleskopet på Hawaii målte en galaktisk orkan med en svimlende fart på hele 39.000 kilometer i sekundet – svarende til 13 procent af lysets hastighed.

Orkanen blæser fra kvasaren SDSS J135246.37+423923.5, hvor et gigantisk, supertungt sort hul med 8,6 milliarder solmasser driver den vilde kosmiske eksplosion. Til sammenligning rummer det supertunge sorte hul i Mælkevejen kun 4,1 millioner solmasser.

Kvasar tændte uhørt tidligt

Indtil for et par år siden mente forskerne, at de supertunge sorte huller i galaksernes hjerter først blev store nok til at tænde kvasarer mindst en milliard år efter big bang.

Men i 2018 fandt astronomerne kvasaren ULAS J1342+0928, der blev tændt af et supertungt sort hul på 800 millioner solmasser og oplyste himlen blot 690 millioner år efter universets skabelse.

Opdagelsen af kvasaren i det spæde univers har givet astronomerne grå hår i hovedet.

Den mest udbredte model for dannelsen af de første supertunge sorte huller kan ikke forklare, hvordan så enormt et hul kunne opstå i det tidlige univers.

Ifølge den klassiske teori eksploderede universets første generation af kæmpestjerner som supernovaer og efterlod sorte huller med op til 100 solmasser. De stødte herefter sammen og blev sædekorn for de første supertunge sorte huller i galakserne.

Med så små sædekorn kan monsterhuller som J1342+0928 ifølge teorien først opstå tidligst en milliard år efter big bang. Sorte huller vokser simpelthen ikke hurtigt nok, selvom de har konstant adgang til al den gas, de kan sluge.

Teleskopet SPT-1 på Antarktis er del af det såkaldte Event Horizon Telescope – et globalt netværk af radioteleskoper, som overvåger sorte huller og deres udladninger.

© Jason Gallicchio/Fermilab

For at forklare fænomenet har astronomerne måttet udvikle en række nye teorier. Ifølge den førende model kollapsede enorme gasskyer direkte til sorte huller med en masse på flere millioner sole allerede omkring 270 millioner år efter universets skabelse.

Med så store og grådige sædekorn kunne de tidligste kvasarer sagtens vokse sig store og tænde, inden universet blev 700 millioner år gammelt. Teorien lyder besnærende, selvom den endnu ikke er bevist.

Kvasarernes storhedstid

Kvasarerne havde deres storhedstid for 10-12 milliarder år siden. På det tidspunkt fandtes et væld af store galakser med tætte gasskyer, som fodrede de supertunge sorte huller i galaksernes kerner med gas, mens gasskyerne længere ude i galaksen kondenserede og fødte nye stjerner på samlebånd.

Herefter slukkede de fleste kvasarer, hvilket hænger nøje sammen med lystrykket og de galaktiske orkaner.

Ifølge astronomerne skubber lystrykket fra en kvasar i løbet af millioner af år gas væk fra skiven omkring det supertunge sorte hul.

På den måde har kvasaren en indbygget bremse, som slukker for fyrtårnet, når det supertunge sorte hul løber tør for gas. I nogle tilfælde kan kvasaren dog tænde igen efter nogle millioner år, hvis det lykkes det supertunge sorte hul at tiltrække tilstrækkelige mængder gas til at starte et nyt lysshow.

Kvasarerne giver stadig hovedbrud

Da den første kvasar blev opdaget for 60 år siden, beviste den eksistensen af sorte huller. Siden er kvasarer observeret i millionvis, men de er stadig omgærdet med mystik – fx hvorfor de første kvasarer opstod langt tidligere end de burde.

Observationerne fra Hubble og Gemini beviser nu for første gang, at orkanen af brintgasser blæser hele vejen ud til de fjerneste afkroge af galaksen og undervejs lægger en kraftig dæmper på stjernedannelsen – og dermed løser to af de største gåder om galaksernes udvikling.

Færre stjerner bliver dannet

Forskerne har længe undret sig over, hvorfor stjernedannelsen i universet bremsede op efter kvasarernes storhedstid og siden er faldet jævnt.

Men Hubbles og Geminis målinger viser nu, at det i vidt omfang skyldes kvasarernes gasorkaner, som spreder et enormt antal tætte klumper af brintgasser, der ellers ville have født nye stjerner i alle hjørner af værtsgalakserne.

1 millard grader varm er fronten på gasorkanen, når den bruser gennem universet.

Fænomenet forstærkes af, at de to jetstrømme af ladede partikler, som skyder ud i rummet vinkelret på kvasarens lysende skive, effektivt bremser stjernedannelsen.

Jetstrømmene opstår i det voldsomme magnetfelt omkring det sorte hul og spreder store mængder gas over enorme områder, så den bliver alt for tynd til at danne stjerner.

Omkring 40 pct. af universets synlige masse er ekstremt tynde brintgasser i det næsten tomme rum mellem galakserne.

Opdagelsen af kvasarernes galaktiske orkaner har også givet svaret på en anden gåde: Hvorfor universet indeholder relativt få gigantiske galakser.

Kvasarernes evne til at sprede tætte gasskyer og skyde store mængder brintgas ud i det intergalaktiske rum sætter en grænse for, hvor meget galakserne kan vokse ved ny stjernedannelse, før en mangel på byggemateriale opstår.

Kvasarens jetstråler skyder vinkelret ud fra den roterende skive af glohed gas.

© M. Kornmesser/ESO

Derfor er galakserne gennem de seneste milliarder år primært vokset ved galaksesammenstød, hvor alle stjernerne forenes i en ny og større galakse.

Da en kollision mellem to store galakser kan tænde en kvasar, har galaksesammenstød spillet en central rolle for kvasarernes udvikling.

Kollision tænder ny kvasar

Når to store galakser brager sammen, forenes deres supertunge sorte huller med tiden. Det nye gigantiske sorte hul tiltrækker masser af gas fra begge galakser, som tænder kvasaren.

Sammenstød mellem galakser var hyppige i kvasarernes storhedstid for 10-12 milliarder år siden, hvor universet kun var en tredjedel af sin nuværende størrelse. Galakserne var derfor tættere på hinanden og kom lettere på kollisionskurs.

Galaksesammenstød skaber dog stadig nye kvasarer, og i nogle tilfælde tænder den nye kæmpegalakse hele to kvasarer på samme tid.

Det sker især, når de supertunge sorte huller i de kolliderende galakser er nogenlunde lige store. I givet fald kan begge huller nå at suge så meget gas til sig, inden de forenes, at hullerne tænder hver sin kvasar.

Astronomerne forudsiger, at Mælkevejen og Andromeda-galaksen vil kollidere om 4,5 milliarder år. Kollisionen vil skabe et supertungt sort hul, og en ny kvasar vil blive tændt.

© Z. Levay and R. van der Marel (STScI), and A. Mellinger/ESA/NASA

I 2018 fandt NASA’s røntgenteleskop Chandra flere sådanne dobbeltkvasarer. Samtidig bekræftede teleskopet, at kollisioner mellem en stor og en mindre galakse typisk kun medfører én kvasar, da de supertunge sorte huller hurtigere smelter sammen.

I Mælkevejen kredser 200-400 milliarder stjerner om et supertungt sort hul på 4,1 millioner solmasser. Galaksen er på kollisionskurs med den større nabo Andromeda, som rummer et supertungt sort hul på 60 millioner solmasser og omkring en billion stjerner.

De to galakser ventes at brage sammen om 4,5 millioner år, hvilket vil føre til dannelsen af en stor, elliptisk galakse – og tænde en ny kvasar i vores nabolag.

Læs også:

Log ind

Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!

Nulstil adgangskode

Indtast din email-adresse for at modtage en email med anvisninger til, hvordan du nulstiller din adgangskode.
Ugyldig e-mailadresse

Tjek din email

Vi har sendt en email til med instruktioner om, hvordan du nulstiller din adgangskode. Hvis du ikke modtager emailen, bør du tjekke dit spamfilter.

Angiv ny adgangskode.

Du skal nu angive din nye adgangskode. Adgangskoden skal være på minimum 6 tegn. Når du har oprettet din adgangskode, vil du blive bedt om at logge ind.

Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul