Rumstudie giver den klareste forståelse hidtil af livscyklussen for supermassive sorte huller

Sorte huller med forskellige lyssignaturer, men som man troede var de samme objekter, der blev set fra forskellige vinkler, er faktisk i forskellige stadier af livscyklussen, ifølge en undersøgelse ledet af Dartmouth-forskere.

Forskningen i sorte huller kendt som "aktive galaktiske kerner" eller AGN'er siger, at den endegyldigt viser behovet for at revidere den meget anvendte "forenede model af AGN", der karakteriserer supermassive sorte huller, som alle har de samme egenskaber.

Undersøgelsen, offentliggjort i The Astrophysical Journal Supplement Series , giver svar på et nagende rummysterium og burde give forskere mulighed for at skabe mere præcise modeller om universets udvikling og hvordan sorte huller udvikler sig.

"Disse objekter har mystificeret forskere i over et halvt århundrede," sagde Tonima Tasnim Ananna, en postdoktoral forskningsmedarbejder ved Dartmouth og hovedforfatter af papiret. "Med tiden har vi lavet mange antagelser om disse objekters fysik. Nu ved vi, at egenskaberne ved skjulte sorte huller er væsentligt forskellige fra egenskaberne for AGN'er, der ikke er så stærkt skjulte."

Supermassive sorte huller menes at ligge i centrum af næsten alle store galakser, inklusive Mælkevejen. Objekterne fortærer galaktisk gas, støv og stjerner, og de kan blive tungere end små galakser.

Forskerne har i årtier været interesseret i lyssignaturerne af aktive galaktiske kerner, en type supermassive sorte hul, der "ackreterer" eller i et hurtigt vækststadium.

Fra slutningen af ​​1980'erne indså astronomer, at lyssignaturer, der kommer fra rummet, lige fra radiobølgelængder til røntgenstråler, kunne tilskrives AGN'er. Det blev antaget, at genstandene normalt havde en ringformet ring - eller "torus" - af gas og støv omkring sig. Den forskellige lysstyrke og farver, der er forbundet med objekterne, menes at være resultatet af den vinkel, hvorfra de blev observeret, og hvor meget af torusen, der skjulte udsynet.

Fra dette blev den forenede teori om AGN'er den fremherskende forståelse. Teorien guider, at hvis et sort hul ses gennem sin torus, skal det se svagt ud. Hvis den ses nedefra eller over ringen, skal den virke lys. Ifølge den aktuelle undersøgelse var den tidligere forskning dog for meget afhængig af data fra de mindre slørede objekter og skæve forskningsresultater.

Den nye undersøgelse fokuserer på, hvor hurtigt sorte huller lever af rumstof, eller deres tilvæksthastigheder. Forskningen fandt, at tilvæksthastigheden ikke afhænger af massen af ​​et sort hul, den varierer betydeligt afhængigt af, hvor skjult det er af gas- og støvringen.

"Dette giver støtte til ideen om, at torusstrukturerne omkring sorte huller ikke alle er ens," sagde Ryan Hickox, professor i fysik og astronomi og medforfatter til undersøgelsen. "Der er en sammenhæng mellem strukturen, og hvordan den vokser."

Resultatet viser, at mængden af ​​støv og gas omkring en AGN er direkte relateret til hvor meget den fodrer, hvilket bekræfter, at der er forskelle ud over orienteringen mellem forskellige populationer af AGN'er. Når et sort hul samler sig i høj hastighed, blæser energien støv og gas væk. Som følge heraf er det mere sandsynligt, at det er skjult og fremstår lysere. Omvendt er en mindre aktiv AGN omgivet af en tættere torus og virker svagere.

"Tidligere var det usikkert, hvordan den slørede AGN-population varierede fra deres mere let observerbare, ikke-tilslørede modstykker," sagde Ananna. "Denne nye forskning viser definitivt en fundamental forskel mellem de to populationer, der går ud over synsvinklen."

Undersøgelsen stammer fra en årti-lang analyse af nærliggende AGN'er opdaget af Swift-BAT, et NASA-røntgenteleskop med høj energi. Teleskopet giver forskere mulighed for at scanne det lokale univers for at opdage slørede og ikke-tilslørede AGN'er.

Forskningen er resultatet af et internationalt videnskabeligt samarbejde – BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) – der har arbejdet over et årti på at indsamle og analysere optisk/infrarød spektroskopi for AGN observeret af Swift BAT.

"Vi har aldrig haft så stor en prøve af røntgen påvist skjult lokal AGN før," sagde Ananna. "Dette er en stor gevinst for højenergi røntgenteleskoper."

Artiklen bygger på tidligere forskning fra forskerholdet, der analyserer AGN'er. Til undersøgelsen udviklede Ananna en beregningsteknik til at vurdere effekten af ​​at skjule stof på observerede egenskaber ved sorte huller og analyserede data indsamlet af det bredere forskerhold ved hjælp af denne teknik.

Ifølge papiret kan forskere ved at kende et sort huls masse og hvor hurtigt det føder afgøre, hvornår de fleste supermassive sorte huller gennemgik det meste af deres vækst, og dermed give værdifuld information om udviklingen af ​​sorte huller og universet.

"Et af de største spørgsmål i vores felt er, hvor kommer supermassive sorte huller fra," sagde Hickox. "Denne forskning giver et kritisk stykke, der kan hjælpe os med at besvare det spørgsmål, og jeg forventer, at det bliver en prøvestensreference for denne forskningsdisciplin."

Fremtidig forskning kunne omfatte fokus på bølgelængder, der tillader holdet at søge ud over det lokale univers. På nærmere sigt vil teamet gerne forstå, hvad der udløser AGN'er til at gå i høj tilvækst-tilstand, og hvor lang tid det tager hurtigt opbyggende AGN'er at gå fra stærkt tilsløret til ikke-sløret. + Udforsk yderligere

Astronomer undersøger de mindst massive sorte huller i centrum af galakser i lokaluniverset