Wir müssen über die dunklen Zeiten sprechen. Nein nichtjene dunkle Zeiten nach dem Fall des weströmischen Reiches. Und wir müssen über die kosmische Morgendämmerung sprechen: die Geburt dieser ersten Sterne, eine turbulente Epoche, die das Gesicht des Kosmos vollständig in seine moderne Form gebracht hat.
Diese ersten Sterne mögen völlig anders gewesen sein als alles, was wir im gegenwärtigen Universum sehen. Und wenn wir Glück haben, stehen wir vielleicht kurz davor, sie zum ersten Mal zu sehen.
Zuerst müssen wir ein kleines Rätsel aufstellen.
Wir alle wissen inzwischen, wie schwarze Löcher entstehen. Ein riesiger Stern, irgendwo nördlich der achtfachen Masse unserer Sonne, lebt sein kurzes, aber vorhersehbares Leben und verschmilzt Wasserstoff zu Helium. Dann geht ihm der Wasserstoff aus und er beginnt Helium zu schmelzen. Dann geht ihm das Helium aus und es beginnt, schwerere Sachen zu verbrennen, bis es auf Eisen trifft. Das Schmelzen von Eisen saugt Energie an, anstatt Energie freizusetzen, und so kann nichts den schrecklichen Gravitationskollaps des Sterns aufhalten. Alles wird zu einem winzigen Volumen zusammengedrückt, und jetzt hast du ein schwarzes Loch.
Mit der Zeit kann sich dieses Schwarze Loch mit anderen Schwarzen Löchern treffen und diese verzehren oder einfach nur an dem umgebenden interstellaren Material saugen, wodurch die Fleischigkeit währenddessen zunimmt. Bei genügend Zeit und Nahrung kann das Schwarze Loch anschwellen und zu einem Riesen werden - einem supermassiven Riesen. Diese Kreaturen lauern in den Herzen von Galaxien und kippen leicht die Waage auf das satte Millionenfache der Masse unserer Sonne.
Es fällt immer wieder neues Material ein - nur weil das Schwarze Loch gigantisch ist, heißt das nicht, dass sein Hunger gestillt ist - und wenn das Gas in den klaffenden Schlund des Schwarzen Lochs fällt, komprimiert und erwärmt es sich und leuchtet heller als es eine Galaxie wert ist Sterne. Dieses Objekt trägt mehrere Namen - Quasar, Blazar, aktiver galaktischer Kern - aber alle bedeuten dasselbe: Ein riesiges Schwarzes Loch istFütterung.
Das ist alles schön und gut und etwas erschreckend, aber hier ist ein Problem. Wir sehen Quasare im sehr fernen Universum, was bedeutet, dass wir Quasare im sehr entfernten Universum sehenjung Universum, als es noch nicht einmal eine Milliarde Jahre alt war (ja, das ist jung für ein Universum). Und der Prozess, den ich gerade beschrieben habe (große Sterne bilden, sie leben und sterben lassen, ein Schwarzes Loch schaffen, es in gigantischen Ausmaßen füttern lassen), dauert viel länger als eine Milliarde Jahre.
Wie hat unser Universum so schnell schwarze Löcher für Monster produziert?
Wenn die übliche Route zwischen Sternen, Schwarzen Löchern und Quasaren im frühen Universum nicht zu funktionieren scheint, ist es an der Zeit, Alternativen in Betracht zu ziehen. Verknüpfungen. Es gibt schnellere Wege zur Schaffung der großen Schwarzen Löcher, die unsere Beobachtungen erfordern. Und der schnellste Weg, ein supermassives Schwarzes Loch zu machen, besteht darin, mit einem supermassiven Stern zu beginnen.
Wie supermassiv? Wie wäre es mit 100.000 Sonnenmassen, ist das groß genug für Sie?
Solche Sterne gibt es im heutigen Universum einfach nicht. Wenn Sie versuchen, das alles zu stopfenZeug Interaktionen und Instabilitäten zersplittern es wie so viel zerbröckelnder Keksteig in Ihren Händen und bilden viele normale Sterne anstelle eines einzelnen Monsters. Aus diesem Grund halten wir Sterne über 100 Sonnenmassen heute für äußerst selten, obwohl dies möglich ist.
Aber die Ära der kosmischen Morgenröte war eine andere Zeit. Zum einen gab es noch keine schweren Elemente - die Atomschmieden waren nicht lange genug in Betrieb, um die interstellaren Wasserstraßen zu verschmutzen. Die Strahlung dieser zusätzlichen Elemente ist eine großartige Möglichkeit, eine Gaswolke abzukühlen und ihre Fragmentierung in kleinere Stücke auszulösen. Zweitens wurde der junge Kosmos durch die plötzliche Geburt anderer kleinerer Sterne mit energiereicher ultravioletter Strahlung überflutet. Diese Strahlung zerlegt molekularen Wasserstoff, einen weiteren Schlüsselweg zum Abkühlen und Fragmentieren einer riesigen Gaswolke.
Auch wenn dies selten vorkommt, waren die Bedingungen am Ende des kosmischen dunklen Zeitalters möglicherweise genau richtig, um riesige und sogar übergroße Sterne zu bilden: Es hätte genug Material in ein ausreichend kleines Volumen fließen können, ohne sich zu spalten und einen riesigen Stern hervorzubringen.
Diese riesigen Sterne hätten ein kurzes Leben geführt und wären direkt zusammengebrochen, um große schwarze Löcher zu bilden, was den üblichen Weg zur Herstellung von Quasaren verkürzte.
Das klingt nach einer großartigen Idee, aber in der Wissenschaft müssen großartige Ideen die Beweise konfrontieren, bevor wir anfangen können, an sie zu glauben. In diesem Fall wäre es ziemlich praktisch, ein Foto von einem dieser gigantischen Sterne zu haben Vor Sie verwandelten sich in schwarze Löcher und dann in Quasare.
Das ist jedoch schwierig, denn das Alter, in dem diese Sterne lebten und starben, ist weit von uns entfernt. Und diese Sterne waren zwar nach Sternmaßstäben immer noch riesig, aber sehr, sehr klein, was es noch schwieriger machte, sie in diesen extremen Entfernungen zu erkennen.
Aber einmal könnten wir eine glückliche Pause bekommen. Jüngste Simulationen dieser seltsamen Sterne zeigen, dass sie überraschend kühl sind und eine Oberflächentemperatur zwischen 6.000 und 8.000 Kelvin haben, was ihren Oberflächen ein intensives rotes Leuchten verleiht. Und aufgrund ihrer unglaublichen Masse sind sie sehr hell und strotzen vor Licht mit einer Intensität von zehn Milliarden Sonnen. Diese Kombination aus bloßer Helligkeit und tiefer Rötung bedeutet, dass sie für einige bevorstehende Missionen möglicherweise in Infrarotwellenlängen sichtbar sind.
Missionen wie das James Webb Space Telescope, ein Instrument, das speziell für die Jagd nach den ersten Sternen entwickelt wurde. Wenn es in diesen längst vergangenen Epochen übergroße Sterne gab und einige von ihnen das Glück hatten, in der Zeit zu überleben, in der sich ihre Brüder bereits in schwarze Monsterlöcher verwandelten und sie nur ein bisschen näher in Sichtweite brachten, besteht die Möglichkeit, dass wir dies direkt tun können mach ihr Foto.
Was für ein Anblick das wäre.
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