Fjerne jetfly giver os fingerpeg om, hvordan supermassive sorte huller bliver så store

Kunstnerens indtryk af en radiojet, der udgår fra et supermassivt sort hul. ESO/M. kornmesser

I midten af ​​hver galakse er et supermassivt sort hul - et monster, der holder nærheden af ​​stjerner og planeter og gas og støv sammen. I løbet af de årtier, siden astronomer begyndte at studere dem for alvor, har vi bekræftet, at disse objekter faktisk eksisterer; vi har erfaret, at de sandsynligvis er afgørende for at hjælpe stjerner til at dannes; og vi har endda udviklet en teknik til at afbilde dem direkte . Et stort spørgsmål har dog efterladt astronomer: Hvordan vokser disse udyr så massive, så hurtigt?

De nøgler kan ligge sammen med astrofysiske jetfly - udbrud af partikler med energi og stråling, som supermassive sorte huller lejlighedsvis bøvser ud af. Vi ved ikke præcis, hvorfor de gør dette, men to nye rekordbrydende undersøgelser fra det samme internationale hold af astronomer tyder på, at uanset årsagen, kan disse jetfly hjælpe supermassive sorte huller med at vokse.

Det første fund, rapporteret i Astrophysical Journal , er opdagelsen af ​​et supermassivt sort hul 13 milliarder lysår væk, der er 300 gange mere massivt end solen. Astronomerne brugte infrarøde observationer fra Magellan-teleskopet ved Las Campanas-observatoriet i Chile for at bekræfte, at det er kilden til et jetfly, der først blev opdaget i 2015. Dette supermassive sorte hul er nu det fjerneste (det vil sige det ældste) jetproducerende sorte hul nogensinde opdaget.

Sekundet, i en fortryksundersøgelse der snart vil blive offentliggjort i Astrophysical Journal, er opdagelsen af ​​et astrofysisk jetfly fra et supermassivt sort hul 12,7 milliarder lysår væk og over en milliard gange mere massivt end solen, først opdaget i 2018. Holdet brugte NASAs Chandra X -ray Observatory, som leder efter røntgenstråling fra meget varme genstande i universet, for at foretage disse observationer. Det er den fjerneste astrofysiske jet, der nogensinde er blevet observeret i røntgenstråler.

Hvert sæt fund bryder nogle esoteriske astronomirekorder, men det er ikke derfor, de er en big deal. Begge hjælper med at forklare, hvorfor supermassive sorte huller er i stand til at vokse så hurtigt, selvom de konstant frigiver højenergistof. Hvad holdet fandt, er det første bevis af sin art på, at jetflyene faktisk tilskynde et sort huls hurtige fodring.

I den første undersøgelse, efter Magellan bekræftede det sorte huls eksistens, brugte holdet andre instrumenter, såsom Very Large Telescope i Chile, til at skelne andre egenskaber ved det sorte hul og dets jet, såsom masse.

De yderligere data viser, hvordan jetflyene opmuntrer til fodring. Den intense tyngdekraft fra det sorte hul forsøger at trække enorme mængder af gas og støv ind i dets begivenhedshorisont (point of no return). Dette stof har vinkelmomentum, hvilket betyder, at det ikke bare falder lige ind - det kredser om begivenhedshorisonten. I mellemtiden fortsætter strålingstrykket i området (skabt af friktion og stress i skiven af ​​kredsende stof, der opvarmer sig selv, indtil det gløder) med at skubbe gassen væk fra begivenhedshorisonten.

Det, der sker, er lidt komplekst, men i det væsentlige fjerner strålens stråle af partikler med høj energi, vinkelmomentum fra gas, når den bevæger sig udad. Og i modsætning til strålingstrykket, som skinner og skubber ud i alle retninger, er strålen smal, og derfor er den knap i stand til at interagere med og påvirke de mindre tætte lag af gas længere ude. Med en måde, hvorpå gas kan miste vinkelmomentum med lidt pushback, falder meget af gassen omkring begivenhedshorisonten simpelthen lige ind.

På denne måde sikrer jetflyet, at det sorte hul ikke arbejder aktivt mod sig selv - det er i stand til at fortsætte med at fodre, siger Thomas Connor, en NASA-astronom og medforfatter til begge papirer. Selvom forskere har mistænkt, at jetfly kan spille en rolle i at fremme fodringsprocessen, har vi indtil nu ikke rigtig set overbevisende beviser for det, siger han.

Røntgenundersøgelsen understøtter denne idé. Disse observationer afslørede, at jetflyet har rejst 150.000 lysår væk fra sin kilde - hvilket gør det til den første røntgenobservation af jetfly længere end blot et par tusinde lysår. Denne røntgendetektion i stor skala betyder, at vi har haft disse jetfly i gang i utroligt lange perioder, siger Connor. De er ikke blot forbigående blips, men blev opretholdt i hundredtusindvis af år - nok tid til faktisk at hjælpe et supermassivt sort hul med at føde og vokse meget hurtigt. Vi ved nu, at dette er en langsigtet proces, og det er sådan, disse jetfly faktisk er i stand til at hjælpe disse supermassive sorte huller med at bygge op, siger han. Dette er den manglende brik, der forbinder 15 års teori til, hvor vi er nu.

Begge undersøgelser hjælper med at lægge grunden til opfølgende resultater, der kunne hjælpe os med at lære mere om, hvordan supermassive sorte huller udviklede sig og hjalp med at forme det tidlige univers. Vi har nu en bedre idé om, hvordan man leder efter sorte huller fra så gamle tider, såvel som en forståelse af, at flere røntgenobservationer kan være afgørende for at lære, hvordan jet-feeding-dynamikken fungerer.

For Connor vil disse yderligere observationer være nøglen. Og han er ret opmuntret efter denne uges et-to-slag. Opdagelsen peger forhåbentlig på, at der er mange flere af disse objekter derude, siger han, og jeg håber, at vi snart kan slå distancerekorden igen.

skjule