Forskere identificerer, hvor gigantiske jetfly fra sorte huller udleder deres energi

De supermassive sorte huller i galaksernes centre er de mest massive objekter i universet. De varierer fra omkring 1 million til op mod 10 milliarder gange Solens masse. Nogle af disse sorte huller sprænger også gigantiske ud, overophedede plasmastråler med næsten lysets hastighed. Den primære måde, som jetflyene udleder denne kraftfulde bevægelsesenergi på, er ved at omdanne den til ekstremt højenergiske gammastråler. Imidlertid, UMBC fysik Ph.D. kandidat Adam Leah Harvey siger, "Hvordan præcis denne stråling skabes er et åbent spørgsmål."

Jetflyet skal udlede sin energi et sted, og tidligere arbejde er ikke enige hvor. De primære kandidater er to områder lavet af gas og lys, der omkranser sorte huller, kaldet bredlinjeområdet og den molekylære torus.

Et sort huls jetstråle har potentialet til at konvertere synligt og infrarødt lys i begge områder til højenergiske gammastråler ved at give væk noget af dets energi. Harveys nye NASA-finansierede forskning kaster lys over denne kontrovers ved at tilbyde stærke beviser for, at jetfly for det meste frigiver energi i den molekylære torus, og ikke i bredlinjeområdet. Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturkommunikation og medforfatter af UMBC-fysikere Markos Georganopoulos og Eileen Meyer.

Langt ude

Den brede linje er tættere på midten af ​​et sort hul, i en afstand på omkring 0,3 lysår. Den molekylære torus er meget længere ude - mere end 3 lysår. Mens alle disse afstande virker enorme for en ikke-astronom, det nye arbejde "fortæller os, at vi får energispredning langt væk fra det sorte hul på de relevante skalaer, " forklarer Harvey.

"Konsekvenserne er ekstremt vigtige for vores forståelse af jetfly opsendt af sorte huller, " siger Harvey. Hvilken region der primært absorberer jetflyets energi giver fingerpeg om hvordan jetflyene oprindeligt dannes, sætte farten op, og bliver søjleformet. For eksempel, "Det indikerer, at strålen ikke accelereres nok i mindre skalaer til at begynde at sprede energi, " siger Harvey.

Andre forskere har foreslået modstridende ideer om jetflyenes struktur og adfærd. På grund af de pålidelige metoder, Harvey brugte i deres nye arbejde, imidlertid, de forventer, at resultaterne bliver bredt accepteret i det videnskabelige samfund. "Resultaterne hjælper dybest set med at begrænse disse muligheder - de forskellige modeller - for jetdannelse."

På solidt grundlag

For at komme til deres konklusioner, Harvey anvendte en standard statistisk teknik kaldet "bootstrapping" til data fra 62 observationer af sorte huls jetfly. "Meget af det, der kom før dette papir, har været meget modelafhængigt. Andre papirer har lavet en masse meget specifikke antagelser, hvorimod vores metode er ekstremt generel, " Harvey forklarer. "Der er ikke meget, der underminerer analysen. Det er velforståede metoder, og blot ved at bruge observationsdata. Så resultatet burde være korrekt."

En mængde kaldet frøfaktoren var central i analysen. Frøfaktoren angiver, hvor lysbølgerne, som strålen omdanner til gammastråler, kommer fra. Hvis omdannelsen sker ved den molekylære torus, en frøfaktor forventes. Hvis det sker i bredlinjeområdet, frøfaktoren vil være anderledes.

Georganopolous, lektor i fysik og en af ​​Harveys rådgivere, oprindeligt udviklede frøfaktorkonceptet, men "at anvende ideen om frøfaktoren måtte vente på en person med meget udholdenhed, og denne person var Adam Leah, " siger Georganopolous.

Harvey beregnede frøfaktorerne for alle 62 observationer. De fandt ud af, at frøfaktorerne faldt i en normalfordeling, der var justeret næsten perfekt omkring den forventede værdi for den molekylære torus. Dette resultat tyder stærkt på, at energien fra strålen udledes til lysbølger i den molekylære torus, og ikke i bredlinjeområdet.

Tangenter og søgninger

Harvey deler, at støtten fra deres mentorer, Georganopoulos og Meyer, adjunkt i fysik, var medvirkende til projektets succes. "Jeg tror, ​​at uden at de lader mig gå i gang med en masse tangenter og søgen efter, hvordan man gør tingene, det ville aldrig have nået det niveau, det er på, " siger Harvey. "Fordi de gav mig lov til virkelig at grave i det, Jeg var i stand til at trække meget mere ud af dette projekt."

Harvey identificerer sig som en "observationsastronom, " men tilføjer, "Jeg er virkelig mere dataforsker og statistiker, end jeg er fysiker." Og statistikken har været den mest spændende del af dette arbejde, de siger.

"Jeg synes bare, det er rigtig fedt, at jeg var i stand til at finde ud af metoder til at skabe et så stærkt studie af sådan et underligt system, der er så fjernet fra min egen personlige virkelighed." siger Harvey. "Det bliver sjovt at se, hvad folk gør med det."