Opskriften på kraftige kvasarjetfly

Nogle supermassive sorte huller sender kraftige stråler af materiale, eller jetfly, mens andre ikke gør. Astronomer kan nu have identificeret hvorfor.

Ved at bruge data fra NASAs Chandra X-ray Observatory, ESA's XMM-Newton, Tysklands ROentgen SATellite (ROSAT), NSF's Karl G. Jansky Very Large Array, Sloan Digital Sky Survey, og andre teleskoper, forskere har studeret mere end 700 kvasarer - hurtigt voksende supermassive sorte huller - for at isolere de faktorer, der bestemmer, hvorfor disse sorte huller sender jetfly.

Jetfly fra supermassive sorte huller kan sprøjte enorme mængder energi ind i deres omgivelser og stærk påvirke udviklingen af ​​deres miljøer. Tidligere, forskere indså, at et supermassivt sort hul skal dreje hurtigt for at drive stærke jetfly - men ikke alle hurtigt roterende sorte huller har jetfly.

"Vi fandt ud af, at der er en anden afgørende faktor for, om et supermassivt sort hul har jetfly, noget, der kaldes en sort hul-korona, der er trådet af magnetiske felter, " sagde Shifu Zhu fra Penn State University i University Park, Pennsylvania, der ledede undersøgelsen. "Hvis du ikke har en sort hul-korona, der er lys i røntgenstråler, det ser ud til, at du ikke har kraftige sorte hul-jetfly."

I astronomi, udtrykket "corona" er almindeligvis forbundet med solens ydre atmosfære. Sorte huls coronaer, på den anden side, er områder med diffus varm gas, der ligger over og under en meget tættere skive af materiale, der hvirvler rundt om gravitationssynkehullet. Som koronaen omkring solen, sorte hul-koronaer er trådet med stærke magnetfelter.

"Det er ligesom at bage brød, hvor du har brug for nogle få ingredienser for at kunne følge opskriften på et brød, " sagde medforfatter Niel Brandt, også i Penn State. "Vores resultater viser, at en ingrediens, du ikke kan undvære, når du 'laver' kraftige kvasarjetfly, er en lys corona."

Holdet opnåede deres resultater ved at opnå en bedre forståelse af røntgenstråling fra kvasarer. Tidligere undersøgelser havde vist, at kvasarer uden jetfly viser en karakteristisk sammenhæng mellem styrken af ​​deres røntgenstråler og ultraviolet emission. Denne korrelation forklares af ultraviolet lys fra skiven af ​​det sorte hul, der rammer partikler i koronaen. Det resulterende energiboost omdanner det ultraviolette lys til røntgenstråler.

I den nye undersøgelse valgte holdet at undersøge opførselen af ​​kvasarer, der har jetfly. De fandt en sammenhæng mellem, hvor lyse de forskellige kvasarer er i røntgenstråler og ultraviolet lys, der er bemærkelsesværdigt lig den, der findes for kvasarer uden jetfly. De konkluderede, at røntgenstrålingen i de jetdrevne kvasarer også produceres af en sort hul-korona.

Denne konklusion var en overraskelse. Tidligere, astronomer troede, at røntgenstråling fra kvasarer med jetstråler kommer fra bunden af ​​jetflyene, fordi kvasarer med jetstråler har en tendens til at være lysere i røntgenstråler end dem uden. Den nye undersøgelse bekræfter denne forskel i lysstyrke, men konkluderer, at den ekstra røntgenstråling er fra lysere sorte hul-koronaer end fra kvasarer med svagere eller ikke-eksisterende jetfly.

"Opdagelsen af, at røntgenstrålerne i kvasarer med jetfly kommer fra en sort hul-korona, snarere end fra jetflyene, udfordrer 35 års tænkning om den grundlæggende karakter af denne emission, " sagde medforfatter Guang Yang fra Texas A&M University i College Station, Texas. "Det kunne give ny indsigt i disse jetflys fysik."

En vigtig implikation af deres arbejde er, at for at producere kraftige jetfly skal en kvasar have en lysende sort hul-korona, trådet af stærke magnetiske felter, ud over et hurtigt snurrende sort hul. Kvasarer med svagere sorte hul-koronaer og svagere magnetfelter har mindre kraftige eller ikke-eksisterende jetfly, uanset om deres supermassive sorte huller spinder hurtigt.

"Både en kvasars kraftige jetfly og lyse korona, der forekommer sammen, kan grundlæggende være drevet af magnetiske felter, " sagde Zhu.

Stærkere magnetiske felter kan skyldes en tykkere skive forårsaget af en højere hastighed af stof, der falder ned i det sorte hul.

Disse resultater svarer til dem, der blev fundet for sorte huller med stjernemasse, som vejer mindre end hundrede gange solens masse, sammenlignet med supermassive sorte huller, der vejer millioner eller milliarder af gange solens masse. Dette understøtter ideen om, at disse to forskellige klasser af sorte huller kan være ens med hensyn til deres adfærd på trods af deres meget forskellige størrelser.

Holdets prøve består af 729 kvasarer med jetfly. Chandra, XMM-Newton, og ROSAT-data blev brugt til 212, 278, og 239 kvasarer. Størrelsen og kvaliteten af ​​holdets prøve forklarer, hvorfor de var i stand til at afdække årsagen til røntgenstrålingen.