Sort hul formår ikke at gøre sit arbejde

Astronomer har opdaget, hvad der kan ske, når et kæmpe sort hul ikke griber ind i en galaksehobs liv. Ved hjælp af NASAs Chandra X-ray Observatory og andre teleskoper har de vist, at passiv sort huls adfærd kan forklare en bemærkelsesværdig strøm af stjernedannelse, der forekommer i en fjern galaksehob.

Galaksehobe indeholder hundreder eller tusinder af galakser gennemsyret af varme, Røntgenudsendende gas, der opvejer den samlede masse af alle galakserne. Udstødninger af materiale drevet af et supermassivt sort hul i hobens centrale galakse forhindrer normalt denne varme gas i at afkøle og danne et stort antal stjerner. Denne opvarmning gør det muligt for supermassive sorte huller at påvirke eller kontrollere aktiviteten og udviklingen af ​​deres værtsklynge.

Men hvad sker der, hvis det sorte hul holder op med at være aktivt? Galaksehoben SpARCS104922.6+564032.5 (SpARCS1049 for kort) placeret 9,9 milliarder lysår væk fra Jorden giver ét svar.

Baseret på observationer fra NASAs Hubble-rumteleskop og Spitzer-rumteleskopet, astronomer havde tidligere opdaget, at stjerner blev dannet med en ekstraordinær hastighed på omkring 900 nye soles masse om året i SpARCS1049. Dette er over 300 gange hurtigere end den hastighed, hvormed vores galakse, Mælkevejen, danner sine stjerner. (Med den hastighed, der ses i SpARCS1049, alle stjernerne i Mælkevejen kan dannes på kun 100 millioner år, hvilket er en kort periode sammenlignet med vores galakse alder på mere end ti milliarder år.)

"Det minder mig om det gamle udtryk "når katten er væk, musene vil lege, " sagde Julie Hlavacek-Larrondo fra University of Montreal i Canada, der ledede undersøgelsen. "Her katten, eller sort hul, er stille og musene, eller stjerner, har meget travlt."

Denne rasende stjernedannelse sker omkring 80, 000 lysår væk fra centrum af SpARCS1049 i et område uden for nogen af ​​hobens galakser. Astronomer har spurgt:hvad er årsagen til denne vidunderlige cyklus med stjernefødsel?

Svaret kan komme fra nye Chandra-data, der afslører opførselen af ​​den varme gas i SpARCS1049. I det meste af klyngen, gassens temperatur er omkring 65 millioner grader. Imidlertid, på stedet for stjernedannelse er gassen tættere end gennemsnittet og er kølet af til en temperatur på kun omkring 10 millioner grader. Tilstedeværelsen af ​​denne køligere gas antyder, at andre uopdagede gasreservoirer er afkølet til endnu lavere temperaturer, hvilket gør det muligt at danne et stort antal stjerner.

"Uden at det sorte hul aktivt pumper energi ind i dets omgivelser, gassen kan afkøle nok, så denne imponerende hastighed af stjernedannelse kan ske, " sagde medforfatter Carter Rhea, også fra University of Montreal. "Denne slags sorte hul-nedlukning kan være en afgørende måde for stjerner til at dannes i det tidlige univers."

Mens der er mange eksempler, hvor energi, der sprøjtes ind af sorte huller i deres omgivelser, er ansvarlig for at reducere hastigheden af ​​stjernedannelse med faktorer på titusinder eller tusinder eller mere, disse klynger er typisk kun et par hundrede millioner lysår fra Jorden og er meget ældre end SpARCS1049.

I tilfælde af SpARCS1049, astronomer ser ingen tegn på, at et supermassivt sort hul i den centrale galakse aktivt trækker stof ind. For eksempel, der er ingen beviser for en stråle af materiale, der blæser væk fra det sorte hul ved radiobølgelængder, eller af en røntgenkilde fra midten af ​​galaksen, der indikerer, at stof blev opvarmet, da det faldt mod et sort hul.

"Mange astronomer har troet, at uden indgreb fra et sort hul, dannelsen af ​​stjerner ville løbe ud af kontrol, " sagde medforfatter Tracy Webb fra McGill, som først opdagede SpARCS1049 i 2015 med NASAs Spitzer Space Telescope. "Nu har vi observationsbevis for, at det faktisk er det, der finder sted."

Hvorfor er det sorte hul så stille? Den observerede forskel i position mellem den tætteste gas og den centrale galakse kan være årsagen. Dette ville betyde, at det supermassive sorte hul i centrum af denne galakse bliver sultet efter brændstof. Tabet af en brændstofkilde til det sorte hul forhindrer udbrud og tillader gassen at afkøle uden hindring, med den tætteste gas afkøling hurtigst. En forklaring på denne forskydning er, at to mindre galaksehobe stødte sammen på et tidspunkt i fortiden for at skabe SpARCS1049, flytte den tætteste gas væk fra den centrale galakse.

Et papir, der beskriver disse resultater, blev offentliggjort i The Astrofysiske tidsskriftsbreve .