Et af de mest kraftfulde genstande i universet er en radiosquasar – et spindende sort hul, der sprøjter meget energiske partikler. Kom for tæt på en, og du vil blive suget ind af dets gravitationsluk, eller brænd op fra den intense varme, der omgiver den. Men ironisk nok kan det at studere sorte huller og deres jetfly give forskere indsigt i, hvor potentielt beboelige verdener kan være i universet.
Som astrofysiker har jeg brugt to årtier på at modellere, hvordan sorte huller drejer, hvordan det skaber jetfly, og hvordan de påvirker miljøet i rummet omkring dem.
Hvad er sorte huller?
Sorte huller er massive, astrofysiske genstande, der bruger tyngdekraften til at trække omgivende genstande ind i dem. Aktive sorte huller har en pandekageformet struktur omkring dem kaldet en akkretionsdisk, der indeholder varm, elektrisk ladet gas.
Plasmaet, der udgør akkretionsdisken, kommer fra længere ud i galaksen. Når to galakser kolliderer og fusionerer, trages gas ind i den centrale region af den fusion. Nogle af denne gas ender med at komme tæt på det nyligt fusionerede sorte hul og danner akkretionsdisken.
Der er et supermassivt sort hul i hjertet af enhver massiv galakse.
Sorte huller og deres diske kan rotere, og når de gør det, trækker de plads og tid med dem-et koncept, der er forbløffende og meget svært at forstå konceptuelt. Men sorte huller er vigtige at studere, fordi de producerer enorme mængder energi, der kan påvirke galakser.
Hvor energisk et sort hul er afhænger af forskellige faktorer, såsom massen af det sorte hul, uanset om det roterer hurtigt, og om masser af materiale falder på det. Fusioner brændstof de mest energiske sorte huller, men ikke alle sorte huller fodres af gas fra en fusion. I spiralgalakser har for eksempel mindre gas en tendens til at falde ind i midten, og det centrale sorte hul har en tendens til at have mindre energi.
En af måderne, de genererer energi på, er gennem, hvad forskere kalder “jetfly” af meget energiske partikler. Et sort hul kan trække i magnetiske felter og energiske partikler, der omgiver det, og når det sorte hul roterer, drejer magnetfelterne i en jet, der sprøjter meget energiske partikler.
Magnetiske felter drejer rundt om det sorte hul, når det roterer for at opbevare energi – slags som når du trækker og vrider et gummibånd. Når du frigiver gummibåndet, klikker det fremad. Tilsvarende frigiver magnetfelterne deres energi ved at producere disse jetfly.
Disse jetfly kan fremskynde eller undertrykke dannelsen af stjerner i en galakse, afhængigt af hvordan energien frigøres i Black Holes værtsgalakse.
Roterende sorte huller
Nogle sorte huller roterer imidlertid i en anden retning end akkretionsdisken omkring dem. Dette fænomen kaldes modrotation, og nogle undersøgelser, som mine kolleger, og jeg har udført, antyder, at det er en nøglefunktion, der styrer opførelsen af en af de mest magtfulde slags genstande i universet: radio quasar.
Radio Quasars er underklassen af sorte huller, der producerer den mest kraftfulde energi og jetfly.
Du kan forestille dig det sorte hul som en roterende sfære og akkretionsdisken som en disk med et hul i midten. Det sorte hul sidder i det midterste hul og roterer en måde, mens akkretionsdisken roterer den anden vej.
Denne modrotation tvinger det sorte hul til at dreje ned og til sidst op igen i den anden retning, kaldet Corotation. Forestil dig en basketball, der drejer på den ene måde, men du tapper den for at rotere i den anden. Tappen drejer basketballen ned. Hvis du fortsætter med at trykke i den modsatte retning, vil den til sidst spin op og rotere i den anden retning. Akkretionsdisken gør den samme ting.
Da Jets tapper ind i det sorte huls rotationsenergi, er de kun kraftfulde, når det sorte hul snurrer hurtigt. Ændringen fra modrotation til korotation tager mindst 100 millioner år. Mange oprindeligt modbydere sorte huller tager milliarder af år at blive hurtigt spinning af korotatende sorte huller.
Så disse sorte huller ville producere kraftige jetfly både tidligt og senere i deres levetid med et mellemrum i midten, hvor jetflyene enten er svage eller ikke -eksisterende.
Når det sorte hul drejes i modrotation med hensyn til dens akkretionsdisk, producerer denne bevægelse stærke jetfly, der skubber molekyler i den omgivende gas tæt sammen, hvilket fører til dannelsen af stjerner.
Men senere, i korotation, hældes jet. Denne hældning gør det således, at jetflyvningen direkte påvirker gassen, opvarmer den og hæmmer stjernedannelse. Derudover sprøjter jetflyet også røntgenstråler over galaksen. Kosmiske røntgenstråler er dårlige for livet, fordi de kan skade organisk væv.
For at livet skal trives, har det sandsynligvis brug for en planet med et beboeligt økosystem, og skyer af varm gas mættet med røntgenstråler indeholder ikke sådanne planeter. Så astronomer kan i stedet kigge efter galakser uden en vippet jet, der kommer fra dets sorte hul. Denne idé er nøglen til at forstå, hvor intelligens potentielt kunne være kommet frem og modnet i universet.
Sorte huller som guide
I begyndelsen af 2022 havde jeg bygget en sort hulmodel til brug som guide. Det kan påpege miljøer med den rigtige slags sorte huller til at producere det største antal planeter uden at sprøjte dem med røntgenstråler. Livet i sådanne miljøer kunne dukke op til dets fulde potentiale.
Hvor er sådanne betingelser til stede? Svaret er miljøer med lav densitet, hvor galakser var fusioneret for omkring 11 milliarder år siden.
Disse miljøer havde sorte huller, hvis magtfulde jetfly forbedrede hastigheden for stjernedannelse, men de oplevede aldrig en anfald af vippede jetfly i korotation. Kort sagt foreslog min model, at teoretisk set, den mest avancerede udenjordiske civilisation sandsynligvis ville have opstået på den kosmiske scene for langt væk og milliarder af år siden.