Nyligen uppfångade gravitationsvågor har avslöjat ett fenomen som utmanar etablerad astrofysik på djupet: en massiv kollision där det ena objektet är påfallande lättare än vår sol. Ett så lätt svart hål kan helt enkelt inte bildas genom traditionell stjärnkollaps. Detta häpnadsväckande mysterium har fört forskare på spåret av en djupt fascinerande hypotes som tyder på att vi möjligen observerar en relik skapad bara några mikrosekunder efter Big Bang.
När experterna bakom forskningssamarbetet LIGO–Virgo–Kagra granskade data från gravitationsvågshändelsen känd som S251112cm, ställdes de inför en riktig gåta. Det ena av de två kolliderade objekten hade en lägre massa än vår egen sol. Enligt gängse modeller för stjärnors utveckling är existensen av ett sådant svart hål en fysisk omöjlighet. Av samma anledning pekar nu en växande grupp astrofysiker på att detta kan vara mänsklighetens allra första bevis på ett primordial svart hål.
Om de preliminära analyserna håller, står vi inför en markant omskrivning av de kosmologiska grundböckerna. Detta genombrott ger oss en unik inblick direkt in i universums allra tidigaste barndom, som annars har varit fullständigt dold för våra instrument. De framstående forskarna Nico Cappelluti och Alberto Magaraggia har publicerat beräkningar som antyder att detta objekt formades under den kvantkromodynamiska eran i universums absoluta späda start.
Gravitationsastronomi är en relativt ung disciplin som för bara några år sedan öppnade ett helt nytt fönster mot kosmos. I dag registrerar dessa hyperkänsliga detektorer dussintals kollisioner årligen, och varenda upptäckt kan potentiellt skaka om vår världsbild. För dig innebär det helt enkelt att du lever i en tidsålder där de djupaste frågorna om universums skapelse går från att vara abstrakta tankeexperiment till konkreta, mätbara data.
Vad avslöjade den ovanliga signalen från rymden?
Hela förloppet började med en till synes rutinmässig registrering av gravitationsvågor via det enorma nätverket bestående av LIGO, Virgo och den japanska anläggningen Kagra. Dessa gigantiska interferometrar är specialdesignade för att fånga mikroskopiska störningar och sträckningar i rumtiden som uppstår när gravitationsvågor sveper in över jorden. De allra flesta av dessa signaler härrör från våldsamma sammanstötningar mellan massiva svarta hål som är otaliga gånger tyngre än solen.
När man dyker ner i händelsen S251112cm skiljer sig dock data markant. Den grundliga analysen visade att ett av de två kolliderade objekten vägde någonstans mellan en tiondel och knappt en hel solmassa. Ett himlakroppar i denna fjäderviktklass passar överhuvudtaget inte in i någon känd ram för hur stjärnor föds, lever och dör.
Forskarteamet testade omedelbart alla tänkbara standardförklaringar. Om signalen härstammade från en våldsam smäll mellan neutronstjärnor eller vita dvärgar skulle händelsen oundvikligen ha utlöst en kraftig ljusblixt – exempelvis i form av röntgenstrålning, gammablixt eller i ett optiskt spår. Eftersom himlen förblev helt mörk utan någon elektromagnetisk signatur måste experterna ty sig till ett långt mer exotiskt scenario.
Enligt kollaborationens egna forskare pekar den statistiska sannolikheten på över 99 procent för att det rör sig om en massa under en solmassa. Denna stensäkra datamängd ger hypotesen om ett primordial svart hål en oerhört solid grund, även om den slutgiltiga och obestridliga bekräftelsen fortfarande väntar.
Hur kan ett svart hål väga mindre än solen?
När vi normalt tittar i astronomiska kataloger efter objekt med en massa motsvarande solens hittar vi främst ultrakompakta neutronstjärnor. Ett klassiskt svart hål som bildas när en döende stjärna kollapsar är betydligt tyngre. Moderna astrofysiska modeller kräver nämligen en absolut minimumsmassa på omkring tre solmassor för att överhuvudtaget skapa den nödvändiga gravitationella tyngden för ett svart hål.
Om man beräknar de fysiska dimensionerna av ett svart hål på endast 0,87 solmassor landar man på en storlek som påminner om en större stad. Diametern på en sådan extrem tidsficka ligger i storleksordningen bara fem kilometer. Det motsvarar ett avstånd du lätt kan promenera på under en timme – men här är nästan hela solens samlade massa alltså hopptryckt på detta lilla område. Inga välkända processer i nutida stjärnor kan frambringa ett så astronomiskt tryck.
Teoretiska fysiker understryker att klassisk stjärnutveckling helt enkelt förbjuder skapandet av så lätta svarta hål genom kärnkollaps. Stjärnor med låg massa avslutar sina dagar som vita dvärgar, medan de tyngre varianterna skapar neutronstjärnor. S251112cm bryter mot alla dessa regler.
Doktor Lisa Barsotti från MIT, som är en av kärnmedlemmarna i LIGO-teamet, påpekar att utrustningen i dag är så känslig att den kan fånga rörelser mindre än en tusendels av en protons bredd. Det är just denna otroliga tekniska förmåga hos anläggningarna LIGO i Hanford och Livingston samt Virgo i närheten av Pisa som gör det möjligt att upptäcka fenomen som faller utanför allt vi hittills känt.
Ett direkt spår till universums första mikrosekunder
För att hitta ursprunget till denna otroliga anomali riktar forskarna Nico Cappelluti och Alberto Magaraggia blicken mot en oerhört avlägsen förfluten tid – tillbaka till en epok när universum var under en miljondels sekund gammalt. Under dessa obegripliga förhållanden bestod universum av ett extremt tätt och kokande kvantplasma som skulle komma att forma allt vi ser i dag.
