Forsker foreslår en universel mekanisme til udstødning af stof ved sorte huller

Sorte huller kan udvise tusind gange mere stof, end de fanger. Mekanismen, der styrer både udstødning og indfangning, er accretion disken, en enorm masse gas og støv, der spiraler rundt om det sorte hul med ekstremt høje hastigheder. Disken er varm og udsender lys såvel som andre former for elektromagnetisk stråling. En del af det kredsende stof trækkes mod midten og forsvinder bag begivenhedshorisonten, den tærskel, over hvilken hverken stof eller lys kan undslippe. En anden, meget større, del skubbes længere ud af trykket fra den stråling, der udsendes af selve skiven.

Hver galakse menes at have et supermassivt sort hul i centrum, men ikke alle galakser har, eller stadig har, accretion diske. De, der gør, er kendt som aktive galakser, på grund af deres aktive galaktiske kerner. Den traditionelle model angiver to faser i stoffet, der akkumuleres i det centrale område af en aktiv galakse:en højhastigheds ioniseret gasudstrømning af stof, der udstødes af kernen, og langsommere molekyler, der kan strømme ind i kernen.

En ny model, der integrerer de to faser i et enkelt scenarie, er nu blevet fremsat af Daniel May, en postdoc-forsker ved University of São Paulo's Institute of Astronomy, Geofysik og atmosfæriske videnskaber (IAG-USP) i Brasilien. "Vi fandt ud af, at den molekylære fase, som ser ud til at have en helt anden dynamik end den ioniserede fase, er også en del af udstrømningen. Det betyder, at der er langt mere stof, der blæses væk fra centrum, og den aktive galaktiske kerne spiller en meget vigtigere rolle i struktureringen af ​​galaksen som helhed, May fortalte Agência FAPESP.

En artikel om undersøgelsen af ​​May og samarbejdspartnere er publiceret i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . Undersøgelsen blev støttet af FAPESP via et doktorgradsstipendium og et postdocstipendium tildelt May. João Steiner, Fuld professor ved IAG-USP og medforfatter til artiklen, vejledte Mays ph.d. og postdoc forskning.

May identificerede mønsteret på grundlag af en undersøgelse af to aktive galakser:NGC 1068, som han undersøgte i 2017, og NGC 4151, som han undersøgte i 2020. NGC står for New General Catalog of Nebulae and Clusters of Stars, etableret i slutningen af ​​det nittende århundrede.

"Ved at bruge en meget omhyggelig billedbehandlingsmetodologi, vi identificerede det samme mønster i to meget forskellige galakser. De fleste astronomer i dag er interesserede i at studere meget store datasæt. Vores tilgang var den modsatte. Vi undersøgte de individuelle karakteristika ved disse to genstande på en næsten håndværksmæssig måde, " sagde May.

"Vores undersøgelse tyder på, at en sky af molekylær gas i det centrale område af galaksen først kollapser og aktiverer dens kerne, danner tilvækstskiven. De fotoner, der udsendes af disken, som når temperaturer i størrelsesordenen en million grader, skub det meste af gassen langt udad, mens en mindre del af gassen absorberes af skiven og til sidst styrter ned i det sorte hul. Når skyen suges ind i disken, to adskilte faser tager form:den ene er ioniseret på grund af eksponering for disken, og den anden er molekylær og overskygget af dens stråling. Vi opdagede, at den molekylære del er fuldstændig bundet til den ioniserede del, som er kendt som udstrømningen. Vi var i stand til at relatere de to faser af gassen, tidligere betragtet som afbrudt, og tilpasse deres morfologier til et enkelt scenarie."

Den ioniserede gas stammer fra fragmentering af denne molekylære gas, May forklaret. Når det fragmenteres, den skubbes længere ud i en ekspanderende varm boble, der kan være så stor som 300 lysår i radius. For sammenligningens skyld, det er værd at huske på, at dette er næsten 70 gange afstanden fra Jorden til Proxima Centauri, den nærmeste stjerne til solsystemet.

"Når vi observerer de centrale områder af disse to galakser, vi ser denne enorme boble i profilen, afgrænset af dens vægge af molekyler, " sagde May. "Vi ser væggene fragmentere og den ioniserede gas blive drevet ud. Accretion-skiven fremstår som et ekstremt lyst punkt. Al information, der når os fra den, svarer til en pixel, så vi har ikke nok opløsning til at skelne dens mulige dele. Det sorte hul kendes kun fra dets virkninger."

I det gamle univers var der meget mere tilgængelig gas, så effekten af ​​en proces som den, han beskrev, var mere intens, May forklaret. Hvad han observerede i relativt nærliggende galakser som NGC 1068 og NGC 4151 er en mild form for den proces, der fandt sted i fjernere galakser, hvis aktive kerner i den fjerne fortid nu detekteres som kvasarer.