Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Gigantisk jet spioneret fra sort hul i det tidlige univers

Kredit:Røntgen:NASA/CXO/JPL/T. Connor; Optisk:Gemini/NOIRLab/NSF/AURA; Infrarød:W.M. Keck Observatorium; Illustration:NASA/CXC/M.Weiss

Astronomer har opdaget beviser for en ekstraordinært lang stråle af partikler fra et supermassivt sort hul i det tidlige univers, ved hjælp af NASAs Chandra X-ray Observatory.

Hvis bekræftet, det ville være det fjerneste supermassive sorte hul med en stråle detekteret i røntgenstråler, kommer fra en galakse omkring 12,7 milliarder lysår fra Jorden. Det kan hjælpe med at forklare, hvordan de største sorte huller blev dannet på et meget tidligt tidspunkt i universets historie.

Kilden til jetflyet er en kvasar - et hurtigt voksende supermassivt sort hul - kaldet PSO J352.4034-15.3373 (forkortet PJ352-15), som sidder i centrum af en ung galakse. Det er en af ​​de to kraftigste kvasarer, der er fundet i radiobølger i den første milliard år efter Big Bang, og er omkring en milliard gange mere massiv end Solen.

Hvordan er supermassive sorte huller i stand til at vokse så hurtigt for at nå en så enorm masse i denne tidlige epoke af universet? Dette er et af nøglespørgsmålene i astronomi i dag.

På trods af deres stærke tyngdekraft og frygtindgydende ry, sorte huller trækker ikke uundgåeligt alt ind, der nærmer sig tæt på dem. Materiale, der kredser om et sort hul i en skive, skal miste hastighed og energi, før det kan falde længere indad for at krydse den såkaldte begivenhedshorisont, point of no return. Magnetiske felter kan forårsage en bremsevirkning på skiven, da de driver en jetfly, hvilket er en vigtig måde for materiale i disken at miste energi og, derfor, øge væksthastigheden af ​​sorte huller.

"Hvis en karusell på en legeplads bevæger sig for hurtigt, det er svært for et barn at bevæge sig mod midten, så nogen eller noget skal bremse turen, " sagde Thomas Connor fra NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Californien, der ledede undersøgelsen. "Omkring supermassive sorte huller, Vi tror, ​​at jetfly kan tage nok energi væk, så materiale kan falde indad, og det sorte hul kan vokse."

Kredit:Chandra X-ray Center

Astronomer var nødt til at observere PJ352-15 i i alt tre dage ved at bruge Chandras skarpe syn for at opdage beviser for røntgenstrålen. Røntgenstråling blev detekteret omkring 160, 000 lysår væk fra kvasaren i samme retning som meget kortere jetfly set i radiobølger. Til sammenligning, hele Mælkevejen strækker sig over omkring 100, 000 lysår.

PJ352-15 bryder et par forskellige astronomiske rekorder. Først, den længste jet, der tidligere er observeret fra den første milliard år efter Big Bang, var kun omkring 5, 000 lysår i længden, svarende til radioobservationerne af PJ352-15. Sekund, PJ352-15 er omkring 300 millioner lysår længere væk end den fjerneste røntgenstråle, der er registreret før den.

"Længden af ​​dette jetfly er betydelig, fordi det betyder, at det supermassive sorte hul, der driver det, er vokset i en længere periode, " sagde medforfatter Eduardo Bañados fra Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg, Tyskland. "Dette resultat understreger, hvordan røntgenundersøgelser af fjerne kvasarer giver en kritisk måde at studere væksten af ​​de mest fjerne supermassive sorte huller på."

Lyset, der blev detekteret fra denne jet, blev udsendt, da universet kun var 0,98 milliarder år gammelt, mindre end en tiendedel af sin nuværende alder. På dette tidspunkt, intensiteten af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling (CMB) tilbage fra Big Bang var meget større, end den er i dag.

Mens elektronerne i strålen flyver væk fra det sorte hul tæt på lysets hastighed, de bevæger sig igennem og kolliderer med fotoner, der udgør CMB-strålingen, booster energien af ​​fotonerne op i røntgenområdet for at blive detekteret af Chandra. I dette scenarie, røntgenstrålerne øges markant i lysstyrke sammenlignet med radiobølger. Dette stemmer overens med den iagttagelse, at den store røntgenstrålefunktion ikke har nogen tilknyttet radioemission.

"Vores resultat viser, at røntgenobservationer kan være en af ​​de bedste måder at studere kvasarer med jetfly i det tidlige univers, " sagde medforfatter Daniel Stern, også af JPL. "Eller sagt på en anden måde, Røntgenobservationer i fremtiden kan være nøglen til at låse op for hemmelighederne i vores kosmiske fortid."

Et papir, der beskriver disse resultater, er blevet accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal.