Sager om sort hul fejlagtig identitet

Astronomer har opdaget en type voksende supermassive sorte hul, der maskerer sig som en anden, takket være en række teleskoper inklusive NASAs Chandra X-ray Observatory. Den sande identitet af disse sorte huller hjælper med at løse et langvarigt mysterium inden for astrofysik.

De forkert identificerede sorte huller er fra en undersøgelse kendt som Chandra Deep Field-South (CDF-S), det dybeste røntgenbillede nogensinde taget.

Supermassive sorte huller vokser ved at trække i omgivende materiale, som opvarmes og producerer stråling ved en lang række bølgelængder inklusive røntgenstråler. Mange astronomer tror, ​​at denne vækst inkluderer en fase, som skete for milliarder af år siden, når en tæt kokon af støv og gas dækker de fleste sorte huller. Disse kokoner af materiale er brændstofkilden, der gør det muligt for det sorte hul at vokse og generere stråling.

Baseret på det aktuelle billede, som astronomerne har, burde der eksistere mange sorte huller nedsænket i en sådan kokon (benævnt "stærkt tilslørede" sorte huller). Imidlertid, denne type voksende sorte hul er notorisk svær at finde, og indtil nu er det observerede antal kommet til kortere end forudsigelser - selv i de dybeste billeder som CDF-S.

"Med vores nye identifikationer har vi fundet en masse stærkt tilslørede sorte huller, som tidligere var blevet savnet, " sagde Erini Lambrides fra Johns Hopkins University (JHU) i Baltimore, Maryland, der ledede undersøgelsen. "Vi kan godt lide at sige, at vi fandt disse gigantiske sorte huller, men de var der virkelig hele tiden."

Den seneste undersøgelse kombinerede over 80 dages Chandra-observationstid i CDF-S med store mængder data ved forskellige bølgelængder fra andre observatorier, herunder NASAs Hubble-rumteleskop og NASAs Spitzer-rumteleskop. Holdet kiggede på sorte huller placeret 5 milliarder lysår eller mere væk fra Jorden. På disse afstande, videnskabsmænd havde allerede fundet 67 stærkt skjulte, voksende sorte huller med både røntgen- og infrarøde data i CDF-S. I denne seneste undersøgelse, forfatterne identificerede yderligere 28.

Disse 28 supermassive sorte huller blev tidligere kategoriseret forskelligt - enten som langsomt voksende sorte huller med lav tæthed eller ikke-eksisterende kokoner, eller som fjerne galakser.

"Dette kunne betragtes som et tilfælde af fejlagtig sort hul-identitet, " sagde medforfatter Marco Chiaberge fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, "men disse sorte huller er usædvanligt gode til at skjule præcis, hvad de er."

Lambrides og hendes kolleger sammenlignede deres data med forventninger til et typisk voksende sort hul. Ved at bruge data fra alle bølgelængder undtagen røntgenstråler, de forudsagde mængden af ​​røntgenstråler, de skulle opdage fra hvert sort hul. Forskerne fandt et meget lavere niveau af røntgenstråler, end de forventede fra 28 kilder, hvilket antyder, at kokonen omkring dem er omkring ti gange tættere, end forskere tidligere har anslået for disse objekter.

Tager man den højere tæthed af kokonen i betragtning, holdet viste, at de forkert identificerede sorte huller producerer flere røntgenstråler end tidligere antaget, men den tættere kokon forhindrer de fleste af disse røntgenstråler i at undslippe og nå Chandra-teleskopet. Det betyder, at de vokser hurtigere.

Tidligere grupper anvendte ikke den analyseteknik, som Lambrides og hendes team brugte, de brugte heller ikke det fulde sæt af tilgængelige data for CDF-S, giver dem lidt information om tætheden af ​​kokonerne.

Disse resultater er vigtige for teoretiske modeller, der estimerer antallet af sorte huller i universet og deres væksthastigheder, inklusive dem med forskellig mængde sløring (med andre ord, hvor tætte deres kokoner er). Forskere designer disse modeller for at forklare en ensartet glød i røntgenstråler hen over himlen kaldet "røntgenbaggrunden, " først opdaget i 1960'erne. Individuelle voksende sorte huller observeret i billeder som CDF-S tegner sig for det meste af røntgenbaggrunden.

Røntgenbaggrunden, der i øjeblikket ikke er opløst i individuelle kilder, domineres af røntgenstråler med energier over den tærskel, som Chandra kan detektere. Stærkt tilslørede sorte huller er en naturlig forklaring på denne uløste komponent, fordi lavenergi røntgenstråler absorberes af kokonen mere end højenergiske, og er derfor mindre sporbare. De yderligere stærkt slørede sorte huller, der er rapporteret her, hjælper med at forene tidligere forskelle mellem de teoretiske modeller og observationer.

"Det er som om røntgenbaggrunden er et sløret billede, der langsomt er kommet i fokus i årtier, " sagde medforfatter Roberto Gilli fra National Institute of Astrophysics (INAF) i Bologna, Italien. "Vores arbejde har involveret at forstå arten af ​​de objekter, der har været nogle af de sidste, der er blevet løst."

Ud over at hjælpe med at forklare røntgenbaggrunden, disse resultater er vigtige for at forstå udviklingen af ​​supermassive sorte huller og deres værtsgalakser. Masserne af galakser og deres supermassive sorte huller er korreleret med hinanden, hvilket betyder, at jo mere massiv galaksen er, jo mere massiv er det sorte hul.

Et papir, der rapporterer resultaterne af denne undersøgelse, er ved at blive offentliggjort i The Astrofysisk tidsskrift . De andre forfattere af papiret er Timothy Heckman fra JHU; Fabio Vito fra Pontificia Universidad Católica de Chile, i Santiago, Chile; og Colin Norman fra JHU.

NASAs Marshall Space Flight Center administrerer Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerer videnskab og flyveoperationer fra Cambridge og Burlington, Massachusetts.