En signal som utmanar allt vi trodde oss veta
Astrofysiker i USA har registrerat en anmärkningsvärd gravitationssignal som möjligen härstammar från ett svart hål som uppstod under universums allra första ögonblick efter Big Bang. Det är en upptäckt som får även de mest erfarna forskarna att stanna upp.
Preliminära analyser tyder på att objektet har en massa som är mindre än Solens – och det stämmer helt enkelt inte överens med vad vetenskapen hittills känt till om svarta hål. Om denna tolkning håller streck står vi inför det första spåret någonsin av ett så kallat primordialt svart hål – en kosmisk kvarleva från universums allra första sekund.
Det svarta hålet som inte behövde en stjärna
Det klassiska receptet för ett svart hål är välkänt: En massiv stjärna tömmer sitt bränsle, kollapsar under sin egen tyngd, exploderar som en supernova, och dess kärna omvandlas till ett svart hål. Resultatet har vanligtvis en massa som vida överstiger Solens.
Den nya signalen bryter fullständigt med detta mönster. Objektet som kolliderade med något annat och skapade de registrerade gravitationsvågorna har en massa som tydligt ligger under Solens. Teoretiskt sett borde det inte existera – såvida det inte uppstod från en stjärna, utan på ett helt annat sätt.
En möjlig förklaring är ett primordialt svart hål som skapades under extrema förhållanden kort efter Big Bang – långt innan de första stjärnorna ens tog form.
Dessa objekt är kosmiska ”fossiler” från universums första sekund. Enligt teorin kan de ha vuxit fram ur extremt täta klumpar av subatomärt material, bildade i det heta, blixtsnabbt expanderande rummet. De krävde ingen stjärna, ingen supernova-explosion – endast ren, extrem täthet.
Varför massan är avgörande här
Vanliga svarta hål som astronomer observerar faller vanligtvis inom två välkända masskategorier:
- Från några till flera tiotals solmassor – rester efter massiva stjärnor
- Från miljoner till miljarder solmassor – jättar i galaxernas centra
Det objekt som den nya signalen pekar på befinner sig klart under den lägsta kända gränsen. Det gör det klassiska stjärnscenariot nästan omöjligt och för konceptet om primordialа svarta hål in i bilden.
Astrofysiker jämförde den förväntade frekvensen av sådana objekt med verkliga data från detektorn LIGO, insamlade sedan 2015. Signalens sällsynthet stämmer väl överens med teoretiska modeller för primordialа svarta hål – den dyker upp precis med den sällsynthet man skulle förvänta sig om dessa objekt verkligen existerar.
LIGO ”lyssnar” på kosmos via gravitationsvågor
Bakom hela historien står LIGO – det amerikanska gravitationsvågsobservatoriet som mäter mikroskopiska skakningar i rummet som uppstår vid kollisioner mellan extremt massiva objekt. År 2015 registrerade LIGO för första gången en signal från kolliderande svarta hål, vilket utlöste en revolution inom astronomin.
Nu fångar samma instrument upp något långt mer subtilt. Signalen, betecknad som S251112cm, skiljer sig ut genom objektets massa, som inte låter sig passas in i några kända kategorier. Två forskare från University of Miami, Alberto Magaraggia och Nico Cappelluti, har analyserat uppgifterna och pekar på ett primordialt svart hål som den mest sammanhängande förklaringen.
LIGO har visat att det inte bara kan registrera spektakulära kollisioner mellan massiva svarta hål, utan också spåra långt lättare och mer exotiska objekt, gömda i databruset.
En kollision avgör inget definitivt. En sådan signal kan ha alternativa förklaringar, och astrofysiker är kända för sin försiktighet. Därför erkänner forskarna öppet att det krävs åtskilliga – helst många – liknande händelser för att uppnå en solid bekräftelse. Inte desto mindre öppnar själva det faktum att instrumenten nu besitter denna känslighet ett helt nytt forskningsområde.
Är primordialа svarta hål universums dolda materia?
Här slutar det inte. Om signalen verkligen härstammar från ett primordialt svart hål berör vi ett problem som fysiker har kämpat med i årtionden – den så kallade mörka materian.
Observationer av stjärn- och galaxrörelser visar att det saknas enorma mängder massa i universum. Allt vi kan se – stjärnor, planeter, gas, damm – utgör endast omkring 15 procent av vad som behövs för att förklara universums gravitationsmässiga beteende. Resten är osynligt material som varken lyser eller reflekterar ljus, men utövar gravitation.
En hypotes hävdar att en betydande del av denna saknade massa kan bestå just av primordialа svarta hål, spridda i rymden som mikroskopiska, osynliga ”tyngdvikter”.
Om LIGO faktiskt har börjat registrera sådana objekt handlar det inte bara om en kuriositet. Forskarna får ett verktyg för att räkna dem och bedöma deras samlade massa. Varje ny händelse kommer att hjälpa till att besvara frågan om huruvida primordialа svarta hål låter sig förenas med observationer av galaxer, galaxhopar och den kosmiska bakgrundsstrålningen.
Vad LISA och nästa generation detektorer kan medföra
LIGO är inte det enda instrumentet i leken. Europeiska rymdorganisationen utvecklar projektet LISA (Laser Interferometer Space Antenna) – en rymdbaserad gravitationsvågsdetektor. Tre satelliter ska bilda ett gigantiskt, triangelformat interferometer i omloppsbana kring Solen. Uppskjutningen är planerad till mitten av 2030-talet.
| Instrument | Placering | Arbetsområde |
|---|---|---|
| LIGO | Jorden (USA) | Kollisioner mellan svarta hål och neutronstjärnor med stjärnmassor |
| LISA | Kretsande satellitsystem | Lägre vågfrekvenser, mer massiva och avlägsnare system |
LISA kommer att vara känslig för ett annat frekvensområde än LIGO, vilket innebär att den kommer att fånga helt nya typer av källor. För primordialа svarta hål kan detta bli ett genombrott – vissa av dem, särskilt de i par, kan generera vågor som passar perfekt till det rymdbaserade interferometerns känslighet.
Så här föreställer man sig ett så litet svart hål
Ett svart hål lättare än Solen låter lite abstrakt, så det hjälper att sätta det i perspektiv. Om det existerade ett primordialt svart hål med massan av en större asteroid skulle det ha en storlek på ungefär en fotboll – kanske ännu mindre. Och ändå skulle dess gravitation överträffa ett helt bergs, och nära händelsehorisonten skulle inte ens ljuset kunna fly.
Sådana objekt är praktiskt taget osynliga för klassiska teleskop. De lyser inte, de reflekterar inte ljus – de kan ibland avslöja sig genom att böja ljusstrålar som passerar bakom dem, eller – som i detta fall – utsända gravitationsvågor vid en kollision med en annan massa.
Vad en ovanlig händelse förändrar
Även om S251112cm kräver bekräftelse påverkar den redan det sätt som forskare planerar framtida undersökningar på. Arkivdata granskas nu systematiskt för motsvarande, tidigare förbisedda händelser. Teoretiska team förfinar modeller som förutsäger exakt hur kollisioner mellan primordialа svarta hål med olika massor borde se ut.
För oss som åskådare illustrerar hela historien hur snabbt astronomin förändras. För bara ett decennium sedan var gravitationsvågor uteslutande ett koncept hämtat från Einsteins ekvationer. I dag håller de på att bli ett verktyg för att undersöka de mest otillgängliga epokerna i universums historia – epoker som inget optiskt eller radioteleskop någonsin kommer att kunna visa oss.
Om de kommande åren medför fler liknande signaler kan begrepp som ”primordialt svart hål” och ”mörk materia” upphöra att låta som ren teori. Gradvis kommer de att bli en del av konkreta kataloger över objekt – med beskrivna massor, kollisionsfrekvenser och inflytande på galaxers utveckling. Och då kommer frågorna om ursprunget till allt som omger oss att börja få långt mer precisa och mätbara svar.
