Ny forskning tyder på tilstedeværelsen af ​​ukonventionelle galakser, der indeholder to sorte huller

En videnskabsmand fra Clemson University er gået sammen med et internationalt hold af astronomer for at identificere periodiske gammastråleemissioner fra 11 aktive galakser, baner vejen for fremtidige undersøgelser af ukonventionelle galakser, der kan rumme to supermassive sorte huller i deres centre.

Blandt astronomer, det har længe været veletableret, at de fleste galakser er vært for et sort hul i deres centrum. Men galakser, der er vært for et par sorte huller, er forblevet teoretiske.

Resultaterne af holdets forskning dukkede op i The Astrophysical Journal den 19. juni, 2020 i et papir med titlen "Systematisk søgning efter gammastråleperiodicitet i aktive galaktiske kerner detekteret af Fermi Large Area Telescope."

"Generelt, supermassive sorte huller er karakteriseret ved masser af mere end en million masser af vores sols, " sagde Pablo Peñil, hovedforfatter på undersøgelsen og en ph.d. studerende ved Universidad Complutense de Madrid i Spanien. "Nogle af disse supermassive sorte huller, kendt som aktive galaktiske kerner (AGN) har vist sig at accelerere partikler til nær lysets hastighed i kollimerede stråler kaldet jetfly. Emissionen fra disse stråler detekteres gennem hele det elektromagnetiske spektrum, men det meste af deres energi frigives i form af gammastråler."

Gamma stråler, som er den mest ekstreme form for lys, detekteres af Large Area Telescope ombord på NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope. AGN er karakteriseret ved pludselige og uforudsigelige variationer i lysstyrke.

"At identificere regulære mønstre i deres gammastråleudsendelse er som at se på det stormfulde hav og søge efter det lille, regelmæssige sæt bølger forårsaget af, sige, passage af en lille båd, " sagde Peñil. "Det bliver meget udfordrende meget hurtigt."

Holdet gennemførte det første vanskelige trin med at identificere et stort antal galakser, der udsender periodisk over år og forsøger at løse spørgsmålet om, hvad der producerer den periodiske adfærd i disse AGN. Flere af de potentielle forklaringer er fascinerende.

"Det næste trin vil være forberedelsen af ​​observationskampagner med andre teleskoper for nøje at følge op på disse galakser og forhåbentlig afsløre årsagerne bag disse overbevisende observationer, " sagde medforfatter Marco Ajello, en lektor i College of Sciences afdeling for fysik og astronomi ved Clemson University. "Vi har et par muligheder i tankerne - fra fyrtårnseffekter produceret af jetfly til modulering i stofstrømmen til det sorte hul - men en meget interessant løsning ville være, at periodicitet produceres af et par supermassive sorte huller, der roterer rundt om hinanden At forstå forholdet mellem disse sorte huller og deres omgivelser vil være afgørende for et komplet billede af galaksedannelsen."

Takket være et årti med Fermi-LAT-observationer, holdet var i stand til at identificere gentagelsen af ​​gammastrålesignaler over cyklusser på nogle få år. Gennemsnitlig, disse emissioner gentages cirka hvert andet år.

"Vores undersøgelse repræsenterer det mest komplette arbejde til dato på søgen efter periodicitet i gammastråler, en undersøgelse, der vil være medvirkende til at opnå indsigt om oprindelsen af ​​denne ejendommelige adfærd, " sagde medforfatter Alberto Domínguez, Peñils ph.d. vejleder i Madrid og også tidligere postdoktor i Ajellos gruppe på Clemson. "Vi har brugt ni års kontinuerlige LAT-observationer i hele himmelen. Blandt de mere end to tusinde AGN, der blev analyseret, kun omkring et dusin skiller sig ud for denne spændende cykliske emission."

En udvidelse af den begrænsede prøve af periodiske emittere udgør et vigtigt spring fremad for at forstå de underliggende fysiske processer i disse galakser.

"Tidligere var kun to blazarer kendt for at vise periodiske ændringer i deres gammastrålelysstyrke. Takket være vores undersøgelse, vi kan trygt sige, at denne adfærd er til stede i 11 andre kilder, " sagde medforfatter Sara Buson, professor ved universitetet i Würzburg i Tyskland. "Ud over, vores undersøgelse fandt 13 andre galakser med antydninger af cyklisk emission. Men for at bekræfte dette med sikkerhed, vi er nødt til at vente på, at Fermi-LAT indsamler endnu flere data."