Sorte huller fra små galakser kan udsende gammastråler

Som en generel tommelfingerregel, hvis der er et forvirrende fænomen, der forekommer et eller andet sted dybt i det ydre rum, et sort hul er ofte synderen bag.

Dette er ifølge postdoktorforsker Vaidehi Paliya i afdelingen for fysik og astronomi, hvis januar 2018 -publikation i The Astrophysical Journal Letters beskriver opdagelsen af ​​syv galakser, der potentielt kan rokke ved, hvad astrofysikere troede, de vidste om, hvordan størrelsen af ​​en galakse - og det sorte hul i midten - kan påvirke dens adfærd.

Det har været udbredt opfattelse, at kun massive galakser indeholder nok energi til at blive blazarer, som er fantastiske strålestråler, der er stærke nok til at strække tusinder af lysår. Men Paliya's seneste forskning kan indikere, at mindre galakser også kan gøre dette, hvis betingelserne er rigtige.

Der er tre hovedtyper af galakser:ovalformede elliptiske, disklignende spiraler og uregelmæssigheder, der ikke helt passer ind i nogen af ​​de tidligere klasser.

"Elliptiske galakser er de ældste, de mest massive galakser i universet, "Sagde Paliya." Folk foreslår, at elliptiske galakser dannes, når to mindre galakser støder sammen, smelter sammen til en stor elliptisk. Typisk, elliptiske viser sig at være vært for et sort hul, der er mere end en milliard gange massen af ​​vores sol. "

Gennem deres iboende, uundgåelig tyngdekraft, sorte huller i midten af ​​galakser vil vokse sig større ved at trække ind og "spise" det omgivende stof gennem en proces kaldet tilvækst.

"Det er som når du hælder vand i køkkenvasken, du ser det danner en spiral, så går det ned i afløbet. På lignende måde, stof danner en akkretionsskive omkring det sorte hul, "Sagde Paliya." Det sorte hul vokser derefter hurtigt og bliver til et monster. "

Men når akkretionsdisken omkring det sorte hul begynder at udsende ekstreme energibyster - i radio, infrarøde eller røntgenbånd - galaksen siges at være "aktiv, "åbner døren til en anden galakseklassificering uden form.

"Blazars er en type aktiv galakse, "sagde Marco Ajello, en professor i fysik og astronomi og Paliyas rådgiver. "Det er galakser, der er vært for et supermassivt sort hul, og dette sorte hul - på en eller anden måde - er i stand til at accelerere partikler til nær lysets hastighed og holde dem kollimeret i smalle stråler, kaldet jetfly, som bliver meget lyse lyskilder, når de peger mod os. "

Disse stråler er nogle af de mest ekstreme kilder til gammastråling i det ydre rum.

"Disse blazarer har jetfly, der ligner springvand. Hvis du ville have et stort springvand, du skal have en meget kraftig motor i bunden. Blazarer skal have meget massive sorte huller i deres centre for at kunne skyde jetfly, "Sagde Paliya." Generelt, vi forventer ikke disse kraftfulde jetfly fra små kilder, ligesom vores galakse. "

Mælkevejen er en spiralgalakse med pinwheel-lignende arme, der består af gas og støv, der indeholder et lyst center af ældre stjerner. Typisk, spiralgalakser er mindre massive og meget mindre aktive end deres elliptiske modstykker.

Når Fermi Gamma-Ray rumteleskop, lanceret i 2008 af NASA, registrerede gammastråleemission fra fire spiralgalakser i det første kredsløbsår, fysikerne var forvirrede.

"Det var uventet - vi har kun set den slags gammastråling fra blazarer, "sagde Dieter Hartmann, professor i fysik og astronomi og medforfatter af undersøgelsen. "Da disse fire kilder blev opdaget, folk spekulerede i, at de kunne være blazarer. Men da der var så få kilder, ingen var sikre på det. Så blev spørgsmålet:er det virkelig en ny type kilde, eller er de bare undtagelser fra standarden? "

Spørgsmålet blev efterladt i luften, indtil Paliya's samarbejdspartnere i Indien udgav et katalog over aktive spiralgalakser i 2017. Kendt som Seyfert -galakser, disse er en anden type aktiv galakse med relativt lav masse sorte huller, der bor i deres centre. Imidlertid, frem for at udsende voldsomme udbrud af gammastråling, som blazarer, Seyfert-galakser er kendt for deres stærke ultraviolette emissioner.

Kataloget gav astrofysikernes første chance for at behandle spørgsmålet om Fermi -teleskopets opdagelse i 2008. Er det muligt for en spiralgalakse at udsende forstøvet gammastråling?

"Jeg tog dette katalog med 11, 101 Seyfert -galakser, og jeg studerede dem i gammastrålebåndet ved hjælp af data fra Large Area Telescope ombord på Fermi -satellitten, "Sagde Paliya." Fra det, Jeg fandt fire nye gammastrålekilder og tre, der tidligere var kendt som blazarer, men vi mener faktisk er Seyfert -galakser. "

Dette gennembrud er en indikation på, at endnu mindre kilder er i stand til at lancere kraftfulde gammastråler - et potentielt paradigmeskift inden for astrofysik.

"Hvis jetflyet ligner blazars, men det sorte hul er lille, du kan forestille dig det som en bil. Sig, at en mindre bil kører samme hastighed som en anden bil, der har en meget større motor. Motoren i den mindre bil skulle da være meget mere effektiv, "Sagde Ajello." Så, det kan være, at det sorte hul fungerer mere effektivt i mindre, spiralsystemer, end det er i større objekter som blazarer. "

For at forstå de elliptiske/spiralformede værtsgalakser i disse syv gammastråldetekterede kilder, Ajello og Paliya agter at opnå dybe billeder med den højeste opløsning - en udfordring for jordbaserede optiske teleskoper på grund af atmosfærens slørende virkninger.

"Et teleskops lysopsamlingskraft er proportional med kvadratet af dets diameter. Det betyder, at med større teleskoper, vi kan samle mange flere fotoner. Flere fotoner betyder mere information, "Sagde Paliya.

Gran Telescopio Canarias, eller "Det Store Kanariske Teleskop, "er et reflekterende teleskop på 10,4 meter, der begyndte at indsamle observationer i 2007. I øjeblikket er det titlen" verdens største optiske teleskop med en blænde, "Gran Telescopio Canarias forventes at blive overgået i det næste årti med afsløringen af ​​Thirty Meter Telescope (TMT). Når den er færdig, TMT vil have et 30 -meters primært spejl og give forskere mulighed for at se det ydre rum med en hidtil uset klarhed - mindst 10 gange bedre end Hubble -rumteleskopet.

Ajello og Paliya agter at bruge Hubble -rumteleskopet, og potentielt kommende faciliteter som TMT, at kigge forbi de lyse centre for de syv kilder, de afslørede, for med sikkerhed at skelne mellem, om galakserne er elliptiske eller spiralformede.

"Hvis det er en elliptisk, så er det rigtigt, at vi bare kigger på en normal blazar. Det er sandsynligvis et mindre elliptisk og et mindre sort hul, "Sagde Ajello." Men hvis det er en spiral, så kan jetflyene ske i ethvert miljø, der er et sort hul, inden for nogle nyfundne betingelser. "

"Det er af stor betydning at bedre forstå miljøerne i supermassive sorte huller, der er i stand til at affyre jetfly, hvor partikelacceleration finder sted under ekstreme astrofysiske forhold, "Tilføjede Hartmann.

Paliya har også til hensigt at undersøge, om de observerede forskelle i gammastråler oversættes over det elektromagnetiske spektrum.

"Det hele handler om optik, "Sagde Paliya." Hvordan opfører blazarer sig på, sige, radiofrekvenser? Derefter, hvordan sammenligner disse Seyferts? Denne opdagelse har vist, at ja der sker noget andet. "

Forskerne sagde, at opdagelser som disse er vigtige for at hjælpe os med at forstå universets udvikling. Disse opdagelser kunne repræsentere nogle af de manglende brikker i puslespillet om, hvordan galakser og sorte huller er vokset sammen gennem historien.