Vi måste prata om de mörka åldrarna. Nej, intede där mörka tidsåldrar efter det västra Romerska imperiets fall. Och vi måste prata om den kosmiska gryningen: födelsen av de första stjärnorna, en tumultig epok som fullständigt omformade kosmosens ansikte till sin moderna form.
De första stjärnorna kan ha varit helt olikt allt vi ser i det nuvarande universum. Och vi kan, om vi har tur, vara i spetsen för att se dem för första gången.
Först måste vi skapa ett litet mysterium.
Vi vet alla nu hur svarta hål blir. En gigantisk stjärna, någonstans norr om åtta gånger massan av vår sol, lever sitt korta men förutsägbara liv och smälter väte till helium. Sedan slutar det på väte och börjar smälta helium. Sedan tar det slut på helium och börjar bränna tyngre saker, tar sig upp i det periodiska bordet tills det träffar järn. Att smälta järn suger energi istället för att släppa energi, och så kan ingenting stoppa den fruktansvärda gravitationskollaps av stjärnan. Allt pressas ner till en liten volym, och nu har du ett svart hål.
Med tiden kan det svarta hålet möta och konsumera andra svarta hål, eller bara suga på det omgivande interstellära materialet och öka i nötkött hela tiden. Med tillräckligt med tid och tillräckligt med mat kan det svarta hålet svälla för att bli en jätte - en supermassiv jätte. Dessa varelser lurar sig i galaxernas hjärtan och tippar lätt vågen på en enorm miljon plus gånger vår solmassa.
Nytt material fortsätter att falla in - bara för att det svarta hålet är gigantiskt betyder inte att dess hunger är mättad - och när gasen faller in i det gapande mallen på det svarta hålet, komprimeras det och värms upp, glödande ljusare än en galaxs värde av stjärnorna. Detta objekt går med flera namn - kvasar, blazar, aktiv galaktisk kärna - men de betyder alla samma sak: ett jätte svart hål ärmatning.
Det är allt bra och bra och lite skrämmande, men här är ett problem. Vi ser kvasarer i det mycket avlägsna universum, vilket innebär att vi ser kvasarer i mycketung universum, när det inte ens var en miljard år gammalt (ja, det är ungt för ett universum). Och processen som jag just beskrev ovan (att bilda stora stjärnor, låta dem leva och dö, skapa ett svart hål, låta det matas till gigantiska proportioner) tar mycket längre tid än en miljard år.
Hur producerade vårt universum monster svarta hål så snabbt?
Om den vanliga stjärna-> svarta hål-> kvasarrutten inte verkar fungera i det tidiga universum, är det dags att överväga alternativ. Genvägar. Snabbare vägar till att skapa de stora svarta hålen som våra observationer kräver finns. Och det snabbaste sättet att göra ett supermassivt svart hål är att börja med en supermassiv stjärna.
Hur supermassivt? Vad sägs om 100 000 solmassor, är det tillräckligt stort för dig?
Stjärnor som det finns helt enkelt inte i dagens universum. Om du försöker klämma på allt detgrejer till en tillräckligt kompakt volym för att förvandla den till en stjärna, interaktioner och instabiliteter kommer att fragmentera den som så mycket smulande kakadeg i dina händer och bildar massor av normala stjärnor istället för ett enda monster. Det är därför vi tror att stjärnor över 100 solmassor är, även om de är möjliga, extremt sällsynta idag.
Men era av den kosmiska gryningen var en annan tid. För det första fanns inga tunga element ännu - kärnkraftssmidorna hade inte fungerat så länge för att förorena de interstellära vattenvägarna. Strålning från dessa extraelement är ett bra sätt att kyla ner ett gasmoln och utlösa dess fragmentering till mindre bitar. För det andra översvämmades det unga kosmos med ultraviolett strålning med hög energi från andra, mindre stjärnor. Denna strålning bryter molekylärt väte, en annan nyckelväg för att kyla ner och fragmentera ett gigantiskt gasmoln.
Så även om det är sällsynt, kan förhållandena ha varit precis i slutet av de kosmiska mörka åldrarna för att bilda jätte- och till och med supergigantiska stjärnor: tillräckligt med material kunde ha flödat in i en tillräckligt liten volym utan att splittra isär och föda en enorm stjärna.
Dessa gigantiska stjärnor skulle ha ledt korta liv och kollapsade direkt för att bilda stora svarta hål och genväga den vanliga vägen till att göra kvasarer.
Detta låter som en bra idé, men inom vetenskapen måste stora idéer konfrontera bevisen innan vi kan börja tro på dem. I det här fallet skulle det vara ganska praktiskt att ha ett fotografi av en av dessa gigantiska stjärnor innan de förvandlades till svarta hål och sedan till kvasarer.
Det är dock tufft eftersom den tid då dessa stjärnor levde och dog är långt borta från oss. Och dessa stjärnor, även om de fortfarande var jätte av stellarstandarder, var mycket mycket små, vilket gjorde dem ännu svårare att upptäcka på dessa extrema avstånd.
Men för en gångs skull kan vi få en lycklig paus. Nya simuleringar av dessa konstiga stjärnor avslöjar att de är förvånansvärt coola och har en yttemperatur någonstans mellan 6000-8000 Kelvin, vilket ger deras ytor en intensiv röd glöd. Och på grund av deras otroliga bulk är de väldigt ljusa och spricker av ljus med en intensitet på tio miljarder solar. Denna kombination av ren ljusstyrka och djup rodnad innebär att de är potentiellt synliga i infraröda våglängder för några kommande uppdrag.
Uppdrag som James Webb Space Telescope, ett instrument specifikt utformat för att jaga efter de första stjärnorna. Om supergigantiska stjärnor fanns i de länge borta epokerna, och om några av dem hade turen att överleva in i eran där deras bröder redan började förvandlas till monster-svarta hål, för att sätta dem bara en smula närmare syn, finns det en chans att vi kan direkt ta sin bild.
Vilken syn det skulle vara.
Läs mer: “On the Detection of Supermassive Primordial Stars”
