Uvanlig type svarte hull påvist med Hubble-romteleskopet

Av Erik Tronstad

Svarte hull med masser på noen ganger Solens masse har lenge vært kjent for astronomene. Det samme gjelder supermassive svarte hull, med fra flere millioner til flere milliarder solmasser, i sentrene i mange galakser. Mellom disse ytterlighetene har man hittil ikke med sikkerhet kunne påvise eksempler på svarte hull. Takket være observasjoner med Hubble-romteleskopet mener astronomene nå å ha funnet slike eksemplarer.

Kulehopene M15 (til venstre) og G1, begge fotografert med Hubble-romteleskopets vidvinkel- og planetkamera 2. M15 ble fotografert i desember 1998, G1 i juli 1994. (NASA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/Michael Rich (UCLA))

To forskjellige grupper astronomer har brukt Hubble-romteleskopet til detaljerte observasjoner av bevegelsene av stjerner i de to kulehopene M15 og G1. Førstnevnte ligger i vår egen galakse, omtrent 32 000 lysår borte. G1 befinner seg i Andromeda-galaksen, 2,2 millioner lysår fra oss. Denne kulehopen har en masse på 10 millioner solmasser, og er en av de mest massive kulehopene man kjenner til.

Gruppen som har observert M15, har der funnet et svart hull på 4000 solmasser. Den andre gruppen, som har studert G1, konkluderer med at det i sentrum av den kulehopen er et svart hull på 20 000 solmasser. Begge disse svarte hullene har dermed masser i det «store, tomme» intervallet mellom svarte hull på noen solmasser og supermassive svarte hull.

Tegning av et svart hull i en kulehop, med et tett stjernefelt bak. Den diffuse lyskransen rundt det svarte hullet er ikke lys som sendes ut fra det svarte hullet. Derimot er det et forvrengt bilde av lyset fra stjerner langt bak det svarte hullet. Det kraftige gravitasjonsfeltet rundt et svart hull forvrenger romtiden rundt det. En konsekvens av dette er at lys som passerer nær det svarte hullet, avbøyes, omtrent som lys som passerer gjennom en glasslinse. Ifølge Albert Einsteins generelle relativitetsteori vil ethvert legeme krumme romtiden rundt det, i forskjellig grad. Nettopp observasjoner av hvordan lys fra fjerne stjerner ble avbøyd rundt Solen, var blant de aller første observasjoner som underbygde relativitetsteorien. (NASA og G. Bacon (STScI))

Et svart hull kan naturligvis ikke observeres direkte. Det må observeres indirekte, gjennom den innvirkningen det har på omgivelsene. For begge de to svarte hullene som her er omtalt, har man påvist deres eksistens ved å observere bevegelsene av stjerner i nærhetene av dem.

Kulehopen M15 ligger så nær oss at Hubble-romteleskopet der har kunnet foreta direkte observasjoner av enkeltstjerner. Ved å se på dopplerforskyvninger i lyset fra mange enkeltstjerner, har man laget seg et «kart» over bevegelsesmønstrene til stjerner i forskjellige avstander fra sentrum av kulehopen. Man ser en tydelig og markant økning i stjernenes hastigheter innover mot sentrum av kulehopen. Hastighetene øker på en måte som stemmer med hvordan de vil øke med minkende avstand innover mot et sentralt, massivt legeme.

G1 ligger for langt borte til at selv Hubble-romteleskopet kan observere enkeltstjerner i hopen. Der har man måttet basere seg på de samlede egenskapene til mange stjerner. Mønsteret man finner, er det samme som for stjernene i M15.

I prinsippet kan det tenkes at disse bevegelsesmønstrene har en annen forklaring enn at det er et stort svart hull i sentrum av hver kulehop. En alternativ forklaring er at det i sentrum av hver kulehop er en sverm med nøytronstjerner, eller andre eksotiske objekter, som har samlet seg der. Teoretiske beregninger greier imidlertid ikke å få til svermer som er massive nok til å forklare observasjonene gjort med Hubble-romteleskopet.

Observasjoner av røntgenstråling gjort med Rosat- og Chandra-satellittene har tidligere påvist svært lyssterke røntgenkilder, som også har kunnet forklares med middels massive svarte hull. For disse kildene finnes det imidlertid alternative teoretiske forklaringer. Følgelig kan det for disse ikke konkluderes at de er svarte hull, med samme styrke som astronomene mener de kan med objektene i M15 og G1.

De nyoppdagede svarte hullene med middels store masser kan kanskje danne en forbindelse mellom svarte hull med noen solmasser og supermassive svarte hull. Supermassive svarte hull, som er observert i galaksekjerner med Hubble-romteleskopet, har masser på omkring 0,5 % av massene til galaksene de er i. Merkverdig nok gjelder det samme forholdet mellom massene av de to omtalte svarte hullene og kulehopene de ligger i. Dette til tross for at massene av galakser er 10 000 ganger, og mer, større enn kulehoper. Astronomene lurer nå på om dette kan være et utslag av at det er en sammenheng, som på en fundamental måte forbinder et svart hull med «verten» det «bor i». For å få svar på det spørsmålet, må man påvise og studere mange flere svarte hull i forskjellige masseintervaller.