Vulkaniske minder:Sorte huller giver form til bobler, ringe og intergalaktiske røgfilamenter

Et internationalt team af forskere, herunder forskere fra universitetet i Bologna og det italienske nationale astrofysiske institut (INAF), observerede for første gang udviklingen af ​​varm gas, der kommer fra et aktivt sort hul. De var i stand til at se på disse strukturer, som minder stærkt om røgstrømmene frembragt af vulkanudbrud, med hidtil usete detaljer og på en tidsskala på hundrede millioner år.

Deres studie, udgivet i Natur astronomi , fokuseret på Nest200047-systemet - en gruppe på omkring 20 galakser cirka 200 millioner lysår væk. Den centrale galakse i dette system huser et aktivt sort hul, omkring hvilket forskere observerede mange par gasbobler med forskellig alder, nogle ukendte filamenter af magnetiske felter, og relativistiske partikler i speciel relativitet så store som hundredtusindvis af lysår.

Disse observationer var mulige takket være LOFAR (LOw Frequency ARray), det største lavfrekvente radioteleskop i verden. LOFAR kan opsnappe stråling produceret af de ældste elektroner, der i øjeblikket kan detekteres. Dette state-of-the-art værktøj stammer fra ni europæiske landes store indsats og gjorde det muligt for forskere at "gå tilbage i tiden" til mere end 100 millioner år siden og spore aktiviteten af ​​det sorte hul, der sidder i centrum af Nest200047.

"Vores undersøgelse viser, hvordan disse gasbobler accelereret af det sorte hul udvider sig og transformerer sig over tid. de skaber spektakulære svampeformede strukturer, ringe og filamenter, der ligner dem, der stammer fra et kraftigt vulkanudbrud på planeten Jorden, " udtaler Marisa Brienza, som er den første forfatter til denne undersøgelse og forsker ved Institut for Fysik og Astronomi "Augusto Righi" fra universitetet i Bologna og medlem af INAF.

Bobler lavet af partikler

I kernen af ​​hver galakse sidder et supermassivt sort hul. Aktiviteten af ​​det sorte hul har afgørende indflydelse på udviklingen af ​​galaksen og det intergalaktiske miljø, der er vært for den. I årevis har forskere forsøgt at finde ud af, hvordan og med hvilken hastighed virkningen af ​​disse sorte huller frembringer disse effekter.

Når den er aktiv, sorte huller spiser alt, hvad der omgiver dem, og i den proces, de frigiver enorme mængder energi. Nogle gange kommer denne energi i form af partikelstrømme, der bevæger sig tæt på lysets hastighed og producerer radiobølger. På tur, disse strømme genererer bobler af partikler og magnetiske felter, ved en udvidelsesproces, kan opvarme og flytte det intergalaktiske medium, der omgiver dem. Dette har en enorm indflydelse på udviklingen af ​​selve det intergalaktiske medium og, som en konsekvens, på stjernedannelsesrater.

Denne undersøgelse foreslår, at aktive sorte huller har virkninger på skalaer, der er op til 100 gange større end værtsgalaksen, og at påvirkningen varer op til hundreder af millioner af år.

"LOFAR gav os et unikt overblik over aktiviteten af ​​sorte huller og deres indvirkning på deres omgivende miljø, " forklarer Annalisa Bonafede, en af ​​forfatterne til undersøgelsen og en professor ved universitetet i Bologna samt INAF-medlem. "Vores observationer af Nest200047 viser afgørende, hvordan magnetiske felter og de meget gamle partikler accelereret af sorte huller og følgelig ældes spiller en central rolle i overførsel af energi til de ydre områder af grupper af galakser."

Til denne undersøgelse, forskere udnyttede også observationer i røntgenbåndet opnået ved hjælp af eROSITA-teleskopet ombord på SRG-rumobservatoriet. Røntgendata gjorde det muligt for forskere bedre at studere karakteristikaene af det intergalaktiske medium, der omgiver de radio-emitterende gasbobler.

Gas filamenter

Disse observationer medførte andre uventede opdagelser:tynde gasfilamenter så lange som en million lysår lavet af partikler, der bevæger sig med omtrent lysets hastighed.

Ifølge forskerne, disse filamenter er resterne af de bobler, som det sorte hul Nest200047 producerede for hundreder af millioner af år siden, og som nu splintres og blandes med det intergalaktiske medium. Det menes, at undersøgelse af disse strukturer vil føre til at opdage ny og vigtig information om de fysiske træk ved det intergalaktiske stof og den fysiske mekanisme, der regulerer energioverførslen mellem boblerne og det ydre miljø.

"I fremtiden, vi vil være i stand til at studere virkningerne af sorte huller på galakser og det intergalaktiske medium med stigende detaljer. Til sidst, vi vil være i stand til at afsløre arten af ​​de filamenter, vi opdagede takket være LOFAR's vinkelopløsning kombineret med data fra internationale LOFAR-stationer, " tilføjer Gianfranco Brunetti, medforfatter til denne undersøgelse samt astrofysiker ved INAF Bologna og italiensk koordinator for LOFAR-konsortiet.

Teleskoper

LOFAR administreres af ASTRON, det nederlandske institut for radioastronomi, og er sammensat af tusindvis af antenner hostet af 51 radiostationer spredt over forskellige europæiske lande. LOFAR kan opsnappe de laveste frekvenser af radiobølger på Jorden (mellem 10 og 240 mega-Hertz). National Astrophysics Institute (INAF) er leder af det italienske team af LOFAR og bidrager til udviklingen af ​​en ny generation af elektroniske enheder til teleskopet og af softwaren, der regulerer dets funktion.

SRG-rumfartøjet blev designet af Lavochkin Association, som en del af Roskosmos-selskabet og lanceret den 13. juli, 2019 med en protonkaster fra Baikonur-kosmodromen. SRG-observatoriet blev bygget med deltagelse af det tyske luftrumscenter (DLR) inden for rammerne af det russiske føderale rumprogram på initiativ af det russiske videnskabsakademi repræsenteret ved dets rumforskningsinstitut (IKI). eROSITA-teleskopet blev bygget under ledelse af Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) og DLR. SRG-rumfartøjet drives af Lavochkin Association og Deep Space Network Antennae i Bear Lakes, Ussurijsk, og Baykonur finansieret af Roskosmos.

Denne undersøgelse har titlen "Et øjebliksbillede af de ældste AGN-feedbackfaser" og blev offentliggjort i Natur astronomi . Det er resultatet af en kombineret indsats af eksperter i radio, optisk og røntgenastronomi fra:Università di Bologna, INAF-IRA, INAF-OAT, INAF-IASF, ASTRON, Leiden Observatorium, Hamburger Sternwarte, Kazan Federal University, Videnskabsakademiet i Tatarstan, Rumforskningsinstituttet (IKI), Max Planck Institut for Astrofysik, University of Hertfordshire, DIAS, SRON, Tokyo Universitet, Observatoire de Paris (GEPI, USN), Rhodos Universitet.