Knäck ”hönan eller ägget” problemet

De flesta människor, oavsett ålder, har hört den gamla gåtan om ”vad kom först, hönan eller ägget?”. Ibland dyker sådana problem upp inom vetenskapen när man jämför två saker, precis som i exemplet i inledningen.

När det gäller astronomin kan detta gälla frågan om vad som uppstod först: stjärnan och dess planeter, en planet och dess månar, eller i detta fall galaxen och det svarta hål som hör till den? Vi vet till exempel att det finns ett massivt svart hål i centrum av Vintergatan, och många av de andra galaxer som astronomerna har observerat innehåller också sådana. Den vanligaste uppfattningen idag är att de första stjärnorna i en nybildad galax är mycket massiva. De förbrukar snabbt allt sitt kärnbränsle och kollapsar sedan till svarta hål. Dessa slukar i sin tur varandra och växer sig större och större tills de bildar ett enda objekt med en massa som är miljoner till miljarder gånger större än vår egen sol. Man känner till tusentals sådana i det tidiga universum, men är det detta scenario som förklarar hur de blev så stora och så snabbt?

Här ser vi en konstnärs tolkning av hur ett av dessa supermassiva svarta hål i mitten av en galax skulle kunna se ut sett på nära håll. Det osynliga svarta hålet ligger i centrum, omgivet av en skiva av glödhett material som långsamt spiralformer sig ned i dess gravitationsfält. Partikelstrålar som strömmar ut med nästan ljusets hastighet ser ut som strålkastare både uppifrån och nedifrån.

Som du kanske redan vet, betraktar vi objekt i universum så som de en gång såg ut, på grund av avståndet. Detta gäller även de närmaste och mest välbekanta föremålen. När vi, till exempel, ser solen ser vi den inte som den ser ut just nu, utan som den såg ut för åtta minuter sedan. Det genomsnittliga avståndet från jorden till solen är cirka 150 miljoner kilometer och det innebär att den befinner sig 8 ljusminuter bort. Det är nämligen så lång tid det tar för dess ljus att nå jorden. När vi använder ett teleskop tittar vi alltså bakåt i tiden, och ju större teleskopet är, desto längre tillbaka kan vi se.

Detta leder oss till de nya resultaten från rymdteleskopet James Webb (JWST). Strax efter att detta mest avancerade observationsinstrument som någonsin skapats togs i drift började astronomerna lägga märke till något ovanligt. Tack vare dess extremt höga upplösning började de upptäcka röda prickar, mycket små på himlen och långt, långt borta i det avlägsna, unga universumet. De kallas ”Little Red Dots”, LRD, och dyker upp i stort antal för ungefär 13,2 miljarder år sedan, det vill säga 600 miljoner år efter det att universum bildades, för ca 13,8 miljarder år sedan. Vid ungefär1,5 miljarder år efter Big Bang, tunnas de snabbt ut. Även om det ännu inte är helt klarlagt, beskriver en ny teori potentiellt relaterade processer som kan ha inträffat i det tidiga universum. När man tittar på denna JWST-bild av sex olika LRD:er lever de verkligen upp till sitt namn.

JWST observerade en kompakt galaxhop, Abell 2477, som finns med i en modern katalog med nästan 4 100 sådana täta grupper, sammanställd av den amerikanske astronomen George O. Abell (1927–1983). De upptäckte ett typiskt exempel på en av dessa LRD:er som existerade 700 miljoner år efter Big Bang, eller när universum bara var cirka 5 % av sin nuvarande ålder. Det som gjorde just denna särskilt användbar och intressant att studera var att den inte visade sig som ett enda exemplar, utan tre – och alla är samma objekt! Hur kan detta vara möjligt?

På grund av den extrema gravitationen i denna galaxhop böjs ljuset från denna LRD, som fått namnet QSO1, bokstavligen runt bakom gruppen – ett fenomen som kallas ”linsning” – vilket gör att det både blir synligt och förstorat. Var och en av de tre bilderna av QSO1 (som syns vertikalt till höger), kända som QSO1A, QSO1B och QSO1C, kan ses utspridda i en båge runt Abell 2477 i den vänstra halvan av denna JWST-bild. De ser inte helt likadana ut på grund av förhållandena i omgivningen kring deras linsade bild. QSO1B ser till exempel svagare ut på grund av sin närhet till den vita elliptiska galaxen till höger. Bara som referens: alla andra objekt på den större bilden är också avlägsna galaxer. Om du tittar noga kan du till och med urskilja detaljer i några av dem, till exempel spiralarmar.

Trots att det ser ut som en röd ljuspunkt vet vi att QSO1 har en diameter på cirka 1 300 ljusår, vilket är ungefär 650 gånger större än Oortmolnet, den yttersta delen av vårt solsystem. Den ljusaste av de tre, QSO1A, har ett supermassivt svart hål med en massa som är 50 miljoner gånger större än solens. Runt det finns ett moln av väte- och heliumgas, som har ungefär hälften av det svarta hålets massa. Detta är motsatsen till vad man normalt skulle förvänta sig; galaxen borde väga mer än sitt svarta hål, inte tvärtom.

Ett instrument ombord på Webb – en kombination av kamera och spektrograf som kan användas för att ta spektra av ett objekts ”kemiska fingeravtryck” – har tagit bilden till höger av QSO1A, vars röda prick syns här till vänster. Den linjära färgskalan till höger visar hur snabbt gasen kretsar runt det supermassiva svarta hålet; antingen mot teleskopet (blått) eller bort från det (orange). I den förstorade bilden av QSO1A visar det blå området dess omloppshastighet när den rör sig mot JWST med cirka 20 km/sek i sin mörkaste färg. Det orange området rör sig däremot bort från teleskopet med 20 km/sek. Det är denna rörelse hos materialet, beräknad precis som en planet som kretsar kring solen, som gjorde det möjligt för astronomerna att uppskatta de 50 miljoner solmassorna för det svarta hålet i objektets centrum.

Den fråga som fortfarande återstår att besvara är hur detta supermassiva svarta hål kunde bildas på så kort tid utan att genomgå den cykel där många massiva, exploderande stjärnor omvandlas till mindre svarta hål medan det objekt som bildade QSO1 utvecklades. Den slutsats som föreslås för att besvara detta är att det svarta hålet med en massa på 50 miljoner solmassor måste ha funnits redan innan dess värdgalax. Faktum är att det möjligen bildades inom den första sekunden av Big Bangs skapelse av universum, vilket också innebär att det måste ha varit enormt redan från början. Utan tvekan kommer framtida observationer av andra sådana ”Little Red Dots” att ge liknande resultat, vilket stärker denna andra, alternativa förklaring till hur dessa enorma objekt bildas i centrum av sina galaxer.

Åh, och om du undrar över svaret på gåtan om ”hönan och ägget” ur ett vetenskapligt perspektiv, så var det ägget. Om man tänker efter en stund så är det faktiskt logiskt. För ungefär 58 000 år sedan fanns det en förfader till hönan, den röda djungelhönan (Gallus gallus, som visas här), som lade ett ägg. Det var inget ovanligt med det, förutom att detta ägg av någon anledning innehöll en genetisk mutation.

Fågeln som kläcktes ur detta muterade ägg blev det allra första riktiga exemplet på det vi idag kallar en kyckling. Ägget måste alltså ha kommit först! Men vad gäller det vi betraktar som den moderna tam hönan, så uppstod den inte förrän för cirka 7 000 till 10 000 år sedan, och direkta arkeologiska bevis på att den regelbundet befann sig i närheten av oss människor kommer från för cirka 3 500 år sedan. Nu har du något att tänka på nästa gång du använder ett av dessa små, vita, äggformade underverk från naturen!

Klicka här för att läsa ESA:s pressmeddelande.

Text: Tom Callen