Det dybeste røntgenbillede nogensinde afslører sort huls skatkammer

Et enestående billede fra NASAs Chandra X-ray Observatory giver et internationalt hold af astronomer det bedste blik endnu på væksten af ​​sorte huller over milliarder af år, der begynder kort efter Big Bang. Dette er det dybeste røntgenbillede nogensinde, indsamlet med omkring 7 millioner sekunder, eller 11 en halv uge, af Chandra observerer tiden.

Billedet kommer fra det, der er kendt som Chandra Deep Field-South. Den centrale del af billedet indeholder den højeste koncentration af supermassive sorte huller, der nogensinde er set, svarende til omkring 5, 000 objekter, der ville passe ind i fuldmåneområdet og omkring en milliard over hele himlen.

"Med dette ene fantastiske billede, vi kan udforske de tidligste dage med sorte huller i universet og se, hvordan de ændrer sig over milliarder af år, sagde Niel Brandt, Verne M. Willaman professor i astronomi og astrofysik, og professor i fysik, Penn State, som ledede et hold af astronomer, der studerede det dybe billede.

Omkring 70 procent af objekterne på det nye billede er supermassive sorte huller, som kan variere i masse fra omkring 100, 000 til 10 milliarder gange Solens masse. Gas, der falder mod disse sorte huller, bliver meget varmere, når det nærmer sig begivenhedshorisonten, eller point of no return, producerer lys røntgenstråling.

"Det kan være meget svært at opdage sorte huller i det tidlige univers, fordi de er så langt væk, og de producerer kun stråling, hvis de aktivt trækker stof ind, " sagde teammedlem Bin Luo, professor i astronomi og rumvidenskab, Nanjing Universitet. "Men ved at stirre længe nok med Chandra, vi kan finde og studere et stort antal voksende sorte huller, hvoraf nogle dukker op ikke længe efter Big Bang."

Det nye ultra-dybe røntgenbillede giver forskere mulighed for at udforske ideer om, hvordan supermassive sorte huller voksede omkring en til to milliarder år efter Big Bang. Ved at bruge disse data, forskerne viste, at disse sorte huller i det tidlige univers vokser for det meste i udbrud, snarere end via den langsomme ophobning af stof.

Forskerne har også fundet hints om, at frøene til supermassive sorte huller kan være "tunge" med masser omkring 10, 000 til 100, 000 gange Solens, frem for lette frø med omkring 100 gange Solens masse. Dette adresserer et vigtigt mysterium i astrofysikken om, hvordan disse objekter kan vokse så hurtigt for at nå masser på omkring en milliard gange Solen i det tidlige univers.

De har også opdaget røntgenstråler fra massive galakser i afstande op til omkring 12,5 milliarder lysår fra Jorden. Det meste af røntgenstrålingen fra de fjerneste galakser kommer sandsynligvis fra store samlinger af sorte huller med stjernemasse i galakserne. Disse sorte huller er dannet ved sammenbrud af massive stjerner og vejer typisk et par til et par dusin gange Solens masse.

"Ved at detektere røntgenstråler fra sådanne fjerne galakser, vi lærer mere om dannelsen og udviklingen af ​​stjernemasse og supermassive sorte huller i det tidlige univers, " sagde teammedlem Fabio Vito, postdoc i astronomi og astrofysik, Penn State. "Vi ser tilbage til tider, hvor sorte huller var i afgørende vækstfaser, ligner sultne spædbørn og unge."

For at udføre denne undersøgelse, holdet kombinerede Chandra røntgendata med meget dybe Hubble Space Telescope-data over den samme del af himlen. De undersøgte røntgenstråling fra over 2, 000 galakser identificeret af Hubble, der er placeret mellem omkring 12 og 13 milliarder lysår fra Jorden.

Yderligere arbejde med Chandra og fremtidige røntgenobservatorier vil være nødvendigt for at give en sikker løsning på mysteriet om, hvordan supermassive sorte huller hurtigt kan nå store masser. En større prøve af fjerne galakser vil komme fra observationer med James Webb Space Telescope, udvide undersøgelsen af ​​røntgenstråling fra sorte huller ud til endnu større afstande fra Jorden.

Forskerne præsenterede deres resultater i dag (5. januar) ved det 229. møde i American Astronomical Society møde i Grapevine, Texas. Et papir om sort huls vækst i det tidlige univers, ledet af Fabio Vito, blev offentliggjort i den 10. august, 2016, spørgsmålet om Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . Et undersøgelsespapir ledet af Bin Luo blev for nylig accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal Tillægsserie.

NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, administrerer Chandra-programmet for NASA's Science Mission Directorate i Washington. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerer Chandras videnskab og flyveoperationer.

Penn State og MIT, under ledelse af Gordon Garmire, Evan Pugh professor emeritus i astronomi, Penn State, udviklet ACIS-instrumentet til NASA.