Galakse-skala springvand set i fuld pragt

En milliard lysår fra Jorden ligger en af ​​universets mest massive strukturer, en kæmpe elliptisk galakse omgivet af en vidtstrakt klynge af andre galakser kendt som Abell 2597. I kernen af ​​den centrale galakse, et supermassivt sort hul driver den kosmiske ækvivalent til et monumentalt springvand, trække store lagre af kold molekylær gas ind og sprøjte dem ud igen i en løbende cyklus.

Astronomer har længe teoretiseret, at fontæner som denne konstant recirkulerer en galakses stjernedannende brændstof. Nye Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) observationer af Abell 2597 viser det første klare og overbevisende bevis for den samtidige nedfald og udstrømning af gas drevet af et supermassivt sort hul. Forskerne rapporterer deres observationer i det seneste nummer af Astrofysisk Journal .

"Det supermassive sorte hul i centrum af denne gigantiske galakse fungerer som en mekanisk 'pumpe' i en vandfontæne, "sagde Grant Tremblay, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts, og hovedforfatter på papiret. "Dette er et af de første systemer, hvor vi finder klare beviser for både kold molekylær gasindstrømning mod det sorte hul og udstrømning eller opløftning fra de jetfly, som det sorte hul udsender."

Ifølge forskerne, Hele dette system fungerer via en selvregulerende feedback-loop. Det indfaldende materiale giver kraft til springvandet, når det "dræner" mod det centrale sorte hul, som vand, der kommer ind i en fontænes pumpe. Denne indfaldende gas får så det sorte hul til at antændes med aktivitet, opsendelse af højhastighedsstråler af superopvarmet materiale, der skyder ud af galaksen. Mens den rejser, dette materiale skubber klumper og streamers af gas ud i galaksens ekspansive glorie, hvor det til sidst regner tilbage i det sorte hul, sætte gang i hele processen igen.

I alt, omkring tre milliarder solmasser af molekylær gas er en del af denne fontæne, danner en filamentær tåge, der spænder over de inderste 100, 000 lysår af galaksen.

I en tidligere undersøgelse af de samme forfattere offentliggjort i tidsskriftet Nature, forskerne var i stand til at verificere forbindelsen mellem det sorte hul og den galaktiske springvand ved at observere regionen på tværs af en række bølgelængder, eller dele af spektret. Ved at studere placeringen og bevægelsen af ​​molekyler af kulilte (CO) med ALMA, som skinner klart i millimeter-bølgelængde lys, forskerne kunne måle gassens bevægelse, når den falder ind mod det sorte hul.

Tidligere data fra Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) på ESO's Very Large Telescope (VLT) viste varme, ioniseret gas udstødes fra galaksen - i det væsentlige springvandets fane. De nye ALMA-observationer fandt klumper af kulde, molekylær gas på præcis de samme steder som den varme gas set i de tidligere observationer.

"Det unikke aspekt her er en meget detaljeret koblet analyse af kilden ved hjælp af data fra ALMA og MUSE-instrumentet. De to faciliteter giver en utrolig kraftfuld kombination, " sagde Tremblay. "ALMA afslørede fordelingen og bevægelserne af de kolde molekylære gasskyer, og MUSE gjorde det samme for den varme ioniserede gas."

ALMA- og MUSE-dataene blev kombineret med en ny, ultradyb observation af klyngen ved NASAs Chandra X-ray Observatory, afslører den varme fase af dette springvand i udsøgte detaljer, bemærkede forskerne.

Observationerne understøtter også meget overbevisende hypotesen om, at de varme ioniserede og kolde molekylære tåger er en-i-det-samme, hvor den varme ioniserede gas blot er "skallen" omkring de kolde molekylære kerner, der vælter i denne galakse-skala springvand.

Denne multibølgelængdetilgang giver et ualmindeligt komplet billede af dette system. "Det er som at observere regnskyen, regn, og vandpytter på samme tid, " bemærkede Tremblay. Selvom dette kun er en observation af en galakse, astronomerne spekulerer i, at de muligvis observerer en proces, der er almindelig i galakser og grundlæggende for deres evolution.