Moramo govoriti o temni dobi. Ne, netistih temne dobe po padcu zahodnega rimskega cesarstva. In govoriti moramo o kozmični zori: rojstvu prvih zvezd, burni epohi, ki je obraz kozmosa popolnoma preoblikovala v njegovo moderno obliko.
Tiste prve zvezde so morda povsem podobne vsem, kar vidimo v sedanjem vesolju. In če bomo imeli srečo, jih bomo morda videli prvič.
Najprej moramo postaviti malo skrivnosti.
Vsi že vemo, kako nastanejo črne luknje. Ogromna zvezda, nekje severno od osemkratne mase našega sonca, živi svoje kratko, a predvidljivo življenje in zliva vodik v helij. Potem mu zmanjka vodika in začne topiti helij. Potem mu zmanjka helija in začne goreti težje stvari in se nadaljuje po periodični tabeli, dokler ne zadene železa. Zlivanje železa sesa energijo, namesto da sprošča energijo in tako nič ne more zaustaviti strašnega gravitacijskega kolapsa zvezde. Vse se stisne v majhen volumen in zdaj imaš črno luknjo.
Sčasoma se lahko črna luknja sreča in porabi druge črne luknje ali se preprosto sesuje po okoliškem medzvezdnem materialu, ki se ves čas povečuje. Glede na dovolj časa in dovolj hrane lahko črna luknja nabrekne in postane velikan - supermasivni velikan. Ta bitja se skrivajo v srcih galaksij in zlahka nagibajo tehtnico na ogromno več kot milijonkrat večjo maso našega sonca.
Še naprej upada nov material - samo zato, ker je črna luknja velikanska, še ne pomeni, da je lakota nahranjena - in ko plin pade v zevajočo črevo črne luknje, se stisne in segreje ter žare svetleje kot vredna galaksija zvezde. Ta predmet ima več imen - kvazar, blazar, aktivno galaktično jedro - vendar vsa pomenijo isto stvar: velika črna luknja jehranjenje.
To je vse dobro in dobro in nekoliko grozljivo, toda tu je problem. Kvazar vidimo v zelo oddaljenem vesolju, kar pomeni, da vidimo kvazare v samemmlad vesolje, ko še ni bilo staro milijardo let (ja, mlad je za vesolje). In postopek, ki sem ga pravkar opisal zgoraj (oblikovanje velikih zvezd, pustijo jim, da živijo in umirajo, ustvari črno luknjo, pusti, da se nahrani v gromozanskih razsežnostih) traja veliko več kot milijardo let.
Kako je naše vesolje tako hitro ustvarilo pošastne črne luknje?
Če se zdi, da običajna pot do zvezd -> črna luknja> kvazar ne deluje v zgodnjem vesolju, je čas, da razmislimo o alternativah. Bližnjice. Hitrejše poti do ustvarjanja velikih črnih lukenj, ki jih naša opazovanja zahtevajo, obstajajo. In najhitrejši način narediti supermasivno črno luknjo je začeti s supermasivno zvezdo.
Kako supermasivno? Kako približno 100.000 sončnih mas, je to dovolj veliko za vas?
Takšnih zvezd preprosto ni v današnjem vesolju. Če poskušate vse to zatretistvari v dovolj kompakten volumen, da ga spremenimo v zvezdo, interakcije in nestabilnosti ga bodo razdrobili tako, kot da bi se v vaših rokah razpadlo testo za piškote, namesto ene same pošasti pa nastalo veliko običajnih zvezd. Zato mislimo, da so zvezde nad 100 sončnih mas danes zelo redke.
Toda doba Kozmične zore je bila drugačen čas. Za eno še niso obstajali težki elementi - jedrske kovačnice niso delovale dovolj dolgo, da bi onesnažile medzvezdne vodne poti. Sevanje iz teh dodatnih elementov je odličen način za ohlajanje plinskega oblaka in sprožitev njegove razdrobljenosti na manjše koščke. Drugič, mladi kozmos je bil zaradi nenadnega rojstva drugih, manjših zvezd, preplavljen z visoko energijskim ultravijoličnim sevanjem. To sevanje loči molekularni vodik, še eno ključno pot za ohlajanje in drobljenje velikanskega plinskega oblaka.
Čeprav so spet redki, so bili na koncu vesoljske temne starosti morda ravno pravi pogoji, da so nastale orjaške in celo nadčutne zvezde: dovolj materiala bi se lahko razlilo v dovolj majhnem volumnu, ne da bi se ločilo, kar bi rodilo ogromno zvezdo.
Te orjaške zvezde bi vodile kratek čas življenja in se zrušile neposredno, da bi nastale velike črne luknje, kar je bližnjica običajne poti do izdelave kvazarjev.
To se sliši kot odlična ideja, toda v znanosti se morajo velike ideje soočiti z dokazi, preden lahko začnemo verjeti vanje. V tem primeru bi bilo precej priročno imeti fotografijo ene od teh gargantuanskih zvezd prej spremenili so se v črne luknje in nato v kvazarje.
To pa je težko, saj je doba, ko so te zvezde živele in umirale, daleč od nas. In tiste zvezde, ki so bile po zvezdniških standardih še vedno velikanske, so bile zelo majhne, zato so jih na teh skrajnih razdaljah še težje opazile.
Toda za enkrat bomo morda imeli srečo. Nedavne simulacije teh čudnih zvezd razkrivajo, da so presenetljivo hladne, saj imajo površinsko temperaturo nekje med 6.000-8000 Kelvinov, kar daje njihovim površinam intenziven rdeč sijaj. In zaradi svoje neverjetne množice so zelo svetle, polne svetlobe z intenzivnostjo deset milijard soncev. Ta kombinacija čistosti in globoke rdečice pomeni, da sta potencialno vidni v infrardečih valovnih dolžinah za nekatere prihodnje misije.
Misije, kot je vesoljski teleskop James Webb, instrument, zasnovan posebej za lov na prve zvezde. Če so v tistih davnih obdobjih obstajale nadstandardne zvezde in če bi bile nekatere izmed njih dovolj srečne, da so preživele dobo, ko so se njihovi bratje že začeli spreminjati v pošastne črne luknje, kar jim bo postalo le še bližje pogled, obstaja možnost, posneti njihovo sliko.
Kakšen prizor bi bil to.
Preberite več: "O zaznavanju supermasivnih primordialnih zvezd"
