Første påvisning af stof, der falder ned i et sort hul ved 30 procent af lysets hastighed

Et britisk team af astronomer rapporterer om den første opdagelse af stof, der falder ned i et sort hul med 30 procent af lysets hastighed, placeret i midten af ​​den milliard-lysårs fjerne galakse PG1211+143. Holdet, ledet af professor Ken Pounds fra University of Leicester, brugte data fra European Space Agency's X-ray observatory XMM-Newton til at observere det sorte hul. Deres resultater fremgår af et nyt papir i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Sorte huller er objekter med så stærke gravitationsfelter, at ikke engang lyset bevæger sig hurtigt nok til at undslippe deres greb, deraf beskrivelsen "sort". De er enormt vigtige i astronomi, fordi de tilbyder den mest effektive måde at udvinde energi fra stof. Som et direkte resultat, gas i fald-tilførsel-på sorte huller, der skal styrke de mest energiske fænomener i universet.

I midten af ​​næsten alle galakser-som vores egen Mælkevej-findes et såkaldt supermassivt sort hul, med masser af millioner til milliarder af gange massen af ​​vores sol. Når tilstrækkeligt stof falder ned i hullet, disse kan blive ekstremt lysende, og ses som en kvasar eller aktiv galaktisk kerne (AGN).

Sorte huller er imidlertid så kompakte, at gas næsten altid roterer for meget til at falde direkte ind. I stedet kredser det om hullet, gradvist nærmer sig gennem en akkretionsskive - en sekvens af cirkulære baner af faldende størrelse. Som gas spiraler indad, den bevæger sig hurtigere og hurtigere og bliver varm og lysende, forvandle tyngdekraftenergien til den stråling, som astronomer observerer.

Gasens kredsløb omkring det sorte hul antages ofte at være på linje med rotation af det sorte hul, men der er ingen overbevisende grund til at dette er tilfældet. Faktisk, grunden til, at vi har sommer og vinter, er, at Jordens daglige rotation ikke stemmer overens med dens årlige kredsløb om Solen.

Indtil nu har det været uklart, hvordan forkert justeret rotation kan påvirke gasens fald. Dette er især relevant for fodring af supermassive sorte huller, da stof (interstellare gasskyer eller endda isolerede stjerner) kan falde ind fra enhver retning.

Brug af data fra XMM-Newton, Prof. Pounds og hans samarbejdspartnere kiggede på røntgenspektre (hvor røntgenstråler er spredt med bølgelængde) fra galaksen PG211+143. Dette objekt ligger mere end en milliard lysår væk i retning af stjernebilledet Coma Berenices, og er en Seyfert -galakse, kendetegnet ved en meget lys AGN som følge af tilstedeværelsen af ​​det massive sorte hul i dets kerne.

Forskerne fandt spektrene stærkt rødforskudte, viser det observerede stof falde i det sorte hul med den enorme hastighed på 30 procent af lysets hastighed, eller omkring 100, 000 kilometer i sekundet. Gassen har næsten ingen rotation omkring hullet, og opdages ekstremt tæt på det i astronomiske termer, i en afstand på kun 20 gange hullets størrelse (dens begivenhedshorisont, grænsen til regionen, hvor flugt ikke længere er mulig).

Observationen stemmer meget overens med nyere teoretisk arbejde, også i Leicester og ved hjælp af Storbritanniens Dirac -supercomputerfacilitet, der simulerer 'afrivning' af fejljusterede optagelsesdiske. Dette arbejde har vist, at ringe af gas kan bryde af og kollidere med hinanden, annullerer deres rotation og lader gas falde direkte mod det sorte hul.

Prof. Pounds, fra University of Leicesters Institut for Fysik og Astronomi, sagde:"Galaksen, vi observerede med XMM-Newton, har et 40 millioner solmasser sort hul, som er meget lyst og tilsyneladende godt fodret. Faktisk for omkring 15 år siden opdagede vi en kraftig vind, der indikerede, at hullet blev overfodret. Mens sådan vind findes nu i mange aktive galakser, PG1211+143 har nu givet endnu en 'første, "med påvisning af stof, der styrter direkte ned i selve hullet."

Han fortsætter:"Vi var i stand til at følge en jordklump af stof i cirka et døgn, da det blev trukket mod det sorte hul, accelerere til en tredjedel af lysets hastighed, før det sluges af hullet. "

En yderligere implikation af den nye forskning er, at 'kaotisk ophobning' fra fejljusterede diske sandsynligvis vil være almindelig for supermassive sorte huller. Sådanne sorte huller ville så dreje ganske langsomt, være i stand til at acceptere langt mere gas og dyrke deres masser hurtigere end almindeligt antaget, giver en forklaring på, hvorfor sorte huller, der dannede sig i det tidlige univers hurtigt fik meget store masser.