Gravitationsbølge sparker det sorte hul ud af den galaktiske kerne

Astronomer har afsløret et supermassivt sort hul, der er blevet drevet ud af midten af ​​en fjern galakse af, hvad der kunne være gravitationsbølgernes fantastiske kraft.

Selvom der har været flere andre mistænkte, lignende opstartede sorte huller andre steder, ingen er blevet bekræftet indtil videre. Astronomer mener, at dette objekt, opdaget af NASAs Hubble-rumteleskop, er en meget stærk sag. Vejer mere end 1 milliard soler, det sorte hul er det mest massive sorte hul, der nogensinde er blevet opdaget, som er blevet smidt ud af sit centrale hjem.

Forskere anslår, at det tog den tilsvarende energi af 100 millioner supernovaer, der eksploderede samtidigt, at kaste det sorte hul ud. Den mest sandsynlige forklaring på denne fremdriftsenergi er, at monsterobjektet fik et spark af gravitationsbølger, der blev udløst ved sammenlægningen af ​​to kraftige sorte huller i midten af ​​værtsgalaksen.

Først forudsagt af Albert Einstein, gravitationsbølger er krusninger i rummet, der skabes, når to massive objekter støder sammen. Krusningerne ligner de koncentriske cirkler, der frembringes, når en heftig sten kastes i en dam. Sidste år, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hjalp astronomer med at bevise, at gravitationsbølger eksisterer ved at detektere dem, der stammer fra foreningen af ​​to stjerne-masse sorte huller, som er flere gange mere massive end solen.

Hubbles observationer af det egensindige sorte hul overraskede forskerholdet. "Da jeg så dette første gang, Jeg troede, vi så noget meget ejendommeligt, " sagde teamleder Marco Chiaberge fra Space Telescope Science Institute (STScI) og Johns Hopkins University, i Baltimore, Maryland. "Da vi kombinerede observationer fra Hubble, Chandra X-ray Observatory, og Sloan Digital Sky Survey, det hele pegede på det samme scenario. Mængden af ​​data vi indsamlede, fra røntgenstråler til ultraviolet til nær-infrarødt lys, er helt sikkert større end for nogen af ​​de andre kandidater slyngelsk sorte huller. "

Chiaberges papir vil blive vist i 30. marts-udgaven af Astronomi og astrofysik .

Hubble-billeder taget i synligt og nær-infrarødt lys gav det første fingerpeg om, at galaksen var usædvanlig. Billederne afslørede en lysende kvasar, den energiske signatur af et sort hul, bor langt fra den galaktiske kerne. Sorte huller kan ikke observeres direkte, men de er energikilden i hjertet af kvasarer - intense, kompakte strålestråler, der kan overstråle en hel galakse. kvasaren, navngivet 3C 186, og dens værtsgalakse ligger 8 milliarder lysår væk i en galaksehob. Holdet opdagede galaksens ejendommelige egenskaber, mens de udførte en Hubble-undersøgelse af fjerne galakser, der udløste kraftige strålingsudbrud i galaksefusionernes vold.

"Jeg havde forventet at se en masse fusionerende galakser, og jeg forventede at se rodede værtsgalakser omkring kvasarerne, men jeg havde egentlig ikke forventet at se en kvasar, der var tydeligt forskudt fra kernen af ​​en regelmæssigt formet galakse, " mindede Chiaberge. "Sorte huller findes i centrum af galakser, så det er usædvanligt at se en kvasar ikke i midten. "

Holdet beregnede det sorte huls afstand fra kernen ved at sammenligne fordelingen af ​​stjernelys i værtsgalaksen med fordelingen af ​​en normal elliptisk galakse fra en computermodel. Det sorte hul havde rejst mere end 35, 000 lysår fra centrum, hvilket er mere end afstanden mellem solen og Mælkevejens centrum.

Baseret på spektroskopiske observationer taget af Hubble og Sloan-undersøgelsen, forskerne vurderede det sorte huls masse og målte hastigheden af ​​gas fanget nær behemoth -objektet. Spektroskopi opdeler lys i dets komponentfarver, som kan bruges til at måle hastigheder i rummet. "Til vores overraskelse, vi opdagede, at gassen omkring det sorte hul fløj væk fra galaksens centrum med 4,7 millioner miles i timen, " sagde teammedlem Justin Ely fra STScI. Denne måling er også et mål for det sorte huls hastighed, fordi gassen er gravitationsmæssigt låst til monsterobjektet.

Astronomerne beregnede, at det sorte hul bevæger sig så hurtigt, at det ville rejse fra Jorden til månen på tre minutter. Det er hurtigt nok til, at det sorte hul kan undslippe galaksen om 20 millioner år og strejfe gennem universet for evigt.

Hubble-billedet afslørede et interessant spor, der hjalp med at forklare det sorte huls egensindige placering. Værtsgalaksen har svage bueformede træk kaldet tidevandshaler, produceret af en gravitationsslæbebåd mellem to kolliderende galakser. Dette bevis tyder på en mulig forening mellem 3C 186 -systemet og en anden galakse, hver med central, massive sorte huller, der måske i sidste ende er smeltet sammen.

Baseret på dette synlige bevis, sammen med teoretisk arbejde, forskerne udviklede et scenarie til at beskrive, hvordan det gigantiske sorte hul kunne fordrives fra sit centrale hjem. Ifølge deres teori, to galakser smelter sammen, og deres sorte huller sætter sig ind i midten af ​​den nydannede elliptiske galakse. Mens de sorte huller hvirvler rundt om hinanden, tyngdekraftsbølger slynges ud som vand fra en plænesprinkler. De heftige genstande bevæger sig tættere på hinanden over tid, da de udstråler gravitationsenergi. Hvis de to sorte huller ikke har samme masse og rotationshastighed, de udsender tyngdekraftsbølger stærkere langs én retning. Når de to sorte huller støder sammen, de holder op med at producere gravitationsbølger. Det nyligt fusionerede sorte hul trækker sig derefter tilbage i den modsatte retning af de stærkeste gravitationsbølger og skyder af sted som en raket.

Forskerne er heldige at have fanget denne unikke begivenhed, fordi ikke hver sort-hul-fusion producerer ubalancerede gravitationsbølger, der driver et sort hul i den modsatte retning. "Denne asymmetri afhænger af egenskaber såsom massen og den relative orientering af de bagerste hullers rotationsakser før fusionen, " sagde teammedlem Colin Norman fra STScI og Johns Hopkins University. "Det er derfor, disse genstande er så sjældne."

En alternativ forklaring på offset-quasaren, selvom det er usandsynligt, foreslår, at det lyse objekt ikke befinder sig i galaksen. I stedet, kvasaren er placeret bag galaksen, men Hubble-billedet giver den illusion, at det er i samme afstand som galaksen. Hvis dette var tilfældet, forskerne skulle have opdaget en galakse i baggrunden, der er vært for kvasaren.

Hvis forskernes fortolkning er korrekt, observationerne kan give stærke beviser for, at supermassive sorte huller faktisk kan smelte sammen. Astronomer har beviser for sorte hul-kollisioner for stjerne-masse sorte huller, men processen til regulering af supermassive sorte huller er mere kompleks og ikke helt forstået.

Holdet håber at bruge Hubble igen, i kombination med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og andre faciliteter, for mere præcist at måle hastigheden af ​​det sorte hul og dets gasskive, hvilket kan give mere indsigt i arten af ​​dette bizarre objekt.