Astronomer observerer sorte hul, der producerer kulde, stjernedannende brændstof fra varme plasmastråler og bobler

Phoenix-klyngen er en enorm ophobning på omkring 1, 000 galakser, ligger 5,7 milliarder lysår fra Jorden. I centrum ligger en massiv galakse, som ser ud til at spytte stjerner ud med en hastighed på omkring 1, 000 om året. De fleste andre galakser i universet er langt mindre produktive, vrinsker kun et par stjerner hvert år, og videnskabsmænd har undret sig over, hvad der har givet næring til Phoenix-hobens ekstreme stjerneproduktion.

Nu er forskere fra MIT, University of Cambridge, og andre steder kan have et svar. I et papir offentliggjort i dag i Astrofysisk tidsskrift , holdet rapporterer at observere varmestråler, 10 millioner graders gas sprænger ud fra den centrale galakses sorte hul og blæser store bobler ud i det omgivende plasma.

Disse jetfly virker normalt for at slukke stjernedannelsen ved at blæse kold gas væk - det vigtigste brændstof, som en galakse bruger til at generere stjerner. Imidlertid, forskerne fandt ud af, at de varme stråler og bobler, der kommer fra midten af ​​Phoenix-klyngen, også kan have den modsatte effekt af at producere kold gas, som igen regner tilbage på galaksen, giver næring til yderligere stjerneskud. Dette tyder på, at det sorte hul har fundet en måde at genbruge noget af sin varme gas som kold, stjerneskabende brændstof.

"Vi har troet, at sorte huls jetfly og boblers rolle var at regulere stjernedannelsen og forhindre afkøling, " siger Michael McDonald, assisterende professor i fysik ved MIT's Kavli Institut for Astrofysik og Rumforskning. "Vi troede lidt, at de var one-trick ponyer, men nu ser vi, at de faktisk kan hjælpe med at køle, og det er ikke sådan et klippet billede."

De nye resultater hjælper med at forklare Phoenix-hobens exceptionelle stjerneproducerende kraft. De kan også give ny indsigt i, hvordan supermassive sorte huller og deres værtsgalakser gensidigt vokser og udvikler sig.

McDonald's medforfattere inkluderer hovedforfatter Helen Russell, en astronom ved Cambridge University; og andre fra University of Waterloo, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, University of Illinois, og andre steder.

Varme jetfly, kolde filamenter

Holdet analyserede observationer af Phoenix-klyngen indsamlet af Atacama Large Millimeter Array (ALMA), en samling af 66 store radioteleskoper spredt ud over ørkenen i det nordlige Chile. I 2015 gruppen fik tilladelse til at rette teleskoperne mod Phoenix-klyngen for at måle dets radioemissioner og til at opdage og kortlægge tegn på kold gas.

Forskerne så gennem dataene for signaler om kulilte, en gas, der er til stede overalt, hvor der er kold brintgas. De omdannede derefter kulilte-emissionerne til brintgas, at generere et kort over kold gas nær centrum af Phoenix-klyngen. Det resulterende billede var en forvirrende overraskelse.

"Du ville forvente at se en knude kold gas i midten, hvor stjernedannelse sker, " siger McDonald. "Men vi så disse gigantiske filamenter af kold gas, der strækker sig 20, 000 lysår fra det centrale sorte hul, ud over selve den centrale galakse. Det er lidt smukt at se."

Holdet havde tidligere brugt NASAs Chandra X-Ray Observatory til at kortlægge klyngens varme gas. Disse observationer producerede et billede, hvor kraftige jetfly fløj ud fra det sorte hul tæt på lysets hastighed. Længere ude, forskerne så, at jetflyene pustede gigantiske bobler op i den varme gas.

Da holdet overlejrede sit billede af Phoenix-klyngens kolde gas på kortet over varm gas, de fandt en "perfekt rumlig korrespondance":De lange filamenter af frigide, 10-kelvin gas så ud til at være draperet over boblerne af varm gas.

"Dette er måske det bedste billede, vi har af sorte huller, der påvirker den kolde gas, " siger McDonald.

At fodre det sorte hul

Det, forskerne mener, sker, er, at som jetstråler puster varme bobler op, 10 millioner graders gas nær det sorte hul, de slæber bag sig et kølvand af lidt køligere, 1 million graders gas. Boblerne løsner sig til sidst fra strålerne og flyder længere ud i galaksehoben, hvor hver bobles spor af gas afkøles, danner lange filamenter af ekstrem kold gas, der kondenserer og regner tilbage på det sorte hul som brændstof til stjernedannelse.

"Det er en meget ny idé, at boblerne og dyserne faktisk kan påvirke fordelingen af ​​kold gas på nogen måde, " siger McDonald.

Forskere har anslået, at der er nok kold gas nær centrum af Phoenix-hoben til at blive ved med at producere stjerner med høj hastighed i yderligere 30 til 40 millioner år. Nu hvor forskerne har identificeret en ny feedback-mekanisme, der kan forsyne det sorte hul med endnu mere kold gas, hobens stjernernes output kan fortsætte meget længere.

"Så længe der er kold gas, der fodrer den, det sorte hul vil blive ved med at bøvse disse jetfly ud, " siger McDonald. "Men nu har vi fundet ud af, at disse jetfly laver mere mad, eller kold gas. Så du er i denne cyklus, i teorien, kunne fortsætte i meget lang tid."

Han formoder, at grunden til, at det sorte hul er i stand til at generere brændstof til sig selv, kan have noget at gøre med dets størrelse. Hvis det sorte hul er relativt lille, det kan producere stråler, der er for svage til fuldstændig at sprænge kold gas væk fra klyngen.

"Lige nu kan [det sorte hul] være ret lille, og det ville være som at sætte en civil i ringen med Mike Tyson, " siger McDonald. "Det er bare ikke op til opgaven at blæse denne kolde gas langt nok væk til, at den aldrig ville komme tilbage."

Holdet håber at bestemme massen af ​​det sorte hul, samt identificere andre, tilsvarende ekstreme stjerneskabere i universet.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.