211service.com
Verre jets geven ons aanwijzingen over hoe superzware zwarte gaten zo groot worden
Artistieke impressie van een radiojet afkomstig uit een superzwaar zwart gat. ESO/M. kornmesser
In het centrum van elk sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat - een monster dat de nabijheid van sterren en planeten, gas en stof bij elkaar houdt. In de decennia sinds astronomen ze serieus begonnen te bestuderen, hebben we bevestigd dat deze objecten inderdaad bestaan; we hebben geleerd dat ze waarschijnlijk essentieel zijn om sterren te helpen vormen; en we hebben zelfs een techniek ontwikkeld om ze direct in beeld te brengen . Een grote vraag heeft astronomen echter met stomheid geslagen: hoe groeien deze beesten zo enorm, zo snel?
De sleutel kan liggen bij astrofysische jets - uitbarstingen van energieke deeltjes en straling die superzware zwarte gaten af en toe uitbarsten. We weten niet precies waarom ze dit doen, maar twee nieuwe recordbrekende onderzoeken van hetzelfde internationale team van astronomen suggereren dat wat de oorzaak ook is, deze jets zouden kunnen helpen bij de groei van superzware zwarte gaten.
De eerste bevinding, gerapporteerd in het Astrophysical Journal , is de ontdekking van een superzwaar zwart gat op 13 miljard lichtjaar afstand dat 300 keer massiever is dan de zon. De astronomen gebruikten infraroodwaarnemingen van de Magellan-telescoop van het Las Campanas-observatorium in Chili om te bevestigen dat het de bron is van een jet die voor het eerst werd gedetecteerd in 2015. Dit superzware zwarte gat is nu het verst verwijderde (dat wil zeggen, het oudste) jetproducerende zwarte gat ooit gedetecteerd.
De seconde, in een voordrukstudie die binnenkort zal worden gepubliceerd in het Astrophysical Journal, is de ontdekking van een astrofysische jet van een superzwaar zwart gat op 12,7 miljard lichtjaar afstand en meer dan een miljard keer massiever dan de zon, voor het eerst ontdekt in 2018. Het team gebruikte NASA's Chandra X -ray Observatory, dat op zoek is naar röntgenstraling van zeer hete objecten in het universum, om deze waarnemingen te doen. Het is de verste astrofysische jet die ooit met röntgenstraling is waargenomen.
Elke reeks bevindingen breekt enkele esoterische astronomierecords, maar dat is niet waarom ze een groot probleem zijn. Beide helpen verklaren waarom superzware zwarte gaten zo snel kunnen groeien, ook al stoten ze constant hoogenergetische materie uit. Wat het team vond, is het eerste bewijs in zijn soort dat de jets daadwerkelijk aanmoedigen de snelle voeding van een zwart gat.
In het eerste onderzoek, nadat Magellan het bestaan van het zwarte gat had bevestigd, gebruikte het team andere instrumenten, zoals de Very Large Telescope in Chili, om andere eigenschappen van het zwarte gat en zijn straal, zoals massa, te onderscheiden.
De aanvullende gegevens laten zien hoe de jets het voeren stimuleren. De intense zwaartekracht van het zwarte gat probeert enorme hoeveelheden gas en stof naar zijn waarnemingshorizon te trekken (het point of no return). Deze materie heeft een impulsmoment, wat betekent dat het niet alleen recht naar binnen valt, maar rond de waarnemingshorizon draait. Ondertussen blijft de stralingsdruk in het gebied (veroorzaakt door wrijving en spanning in de schijf van omlopende materie die zichzelf opwarmt tot hij gloeit) het gas wegduwen van de waarnemingshorizon.
Wat er gebeurt is een beetje ingewikkeld, maar in wezen ontneemt de straal van hoog-energetische deeltjes het impulsmoment van gas als het naar buiten beweegt. En in tegenstelling tot de stralingsdruk, die schijnt en in alle richtingen naar buiten duwt, is de jet smal, en dus nauwelijks in staat om te interageren met de minder dichte gaslagen die verder weg liggen. Met een manier voor gas om impulsmoment te verliezen met weinig terugslag, valt veel van het gas rond de waarnemingshorizon er gewoon in.
Op deze manier zorgt de jet ervoor dat het zwarte gat zichzelf niet actief tegenwerkt - het kan blijven voeden, zegt Thomas Connor, een NASA-astronoom en co-auteur van beide artikelen. Hoewel wetenschappers vermoeden dat jets een rol kunnen spelen bij het aanmoedigen van het voedingsproces, hebben we er tot nu toe niet echt overtuigend bewijs voor gezien, zegt hij.
De röntgenstudie ondersteunt dit idee. Die waarnemingen onthulden dat de jet 150.000 lichtjaar verwijderd is van zijn bron, waardoor het de eerste röntgenwaarneming is van jets die langer zijn dan slechts een paar duizend lichtjaar. Deze grootschalige röntgendetectie betekent dat we deze jets al ongelooflijk lang aan de gang hebben, zegt Connor. Het zijn niet zomaar tijdelijke blips, maar ze werden honderdduizenden jaren volgehouden - genoeg tijd om een superzwaar zwart gat daadwerkelijk te helpen voeden en zeer snel te groeien. We weten nu dat dit een langdurig proces is, en dat is hoe deze jets daadwerkelijk in staat zijn om deze superzware zwarte gaten te helpen opbouwen, zegt hij. Dit is het ontbrekende stuk dat 15 jaar theorie verbindt met waar we nu zijn.
Beide onderzoeken helpen de basis te leggen voor vervolgbevindingen die ons kunnen helpen meer te weten te komen over hoe superzware zwarte gaten zich hebben ontwikkeld en hebben bijgedragen aan de vorming van het vroege universum. We hebben nu een beter idee van hoe we naar zwarte gaten uit zulke oude tijden moeten zoeken, en we begrijpen ook dat meer röntgenwaarnemingen van cruciaal belang kunnen zijn om te leren hoe de jet-feeding-dynamiek werkt.
Voor Connor zullen die aanvullende observaties de sleutel zijn. En hij is behoorlijk bemoedigd na de een-tweetje van deze week. De ontdekking wijst er hopelijk op dat er nog veel meer van deze objecten zijn, zegt hij, en ik hoop dat we het afstandsrecord snel genoeg weer kunnen breken.