Astronomer finder en skjult skare af massive sorte huller

Et hold ledet af forskere ved University of North Carolina ved Chapel Hill har fundet en tidligere overset skatkammer af massive sorte huller i dværggalakser. De nyopdagede sorte huller giver et indblik i livshistorien om det supermassive sorte hul i centrum af vores egen Mælkevejsgalakse.

Som en gigantisk spiralgalakse menes Mælkevejen at være bygget op af fusioner af mange mindre dværggalakser. For eksempel er de magellanske skyer, der ses på den sydlige himmel, dværggalakser, der vil smelte sammen i Mælkevejen. Hver dværg, der falder ind, kan bringe et centralt massivt sort hul med sig, titusindvis eller hundredtusindvis af gange vores sols masse, potentielt bestemt til at blive opslugt af Mælkevejens centrale supermassive sorte hul.

Men hvor ofte dværggalakser indeholder et massivt sort hul, er ukendt, hvilket efterlader et vigtigt hul i vores forståelse af, hvordan sorte huller og galakser vokser sammen. Ny forskning offentliggjort i Astrophysical Journal hjælper med at udfylde dette hul ved at afsløre, at massive sorte huller er mange gange mere almindelige i dværggalakser end tidligere antaget.

"Dette resultat blæste virkelig mit sind, fordi disse sorte huller tidligere gemte sig i almindeligt syn," sagde Mugdha Polimera, hovedforfatter af undersøgelsen og en UNC-Chapel Hill Ph.D. studerende.

Sender blandede beskeder

Sorte huller opdages typisk, når de vokser aktivt, ved at indtage gas og stjernestøv, der hvirvler rundt om dem, hvilket får dem til at gløde intenst.

UNC-Chapel Hill Professor Sheila Kannappan, Polimeras Ph.D. rådgiver og medforfatter til undersøgelsen, sammenlignede sorte huller med ildfluer.

"Ligesom ildfluer ser vi kun sorte huller, når de lyser op - når de vokser - og de oplyste giver os et fingerpeg om, hvor mange vi ikke kan se."

Problemet er, at mens voksende sorte huller lyser med karakteristisk højenergistråling, kan unge nyfødte stjerner også. Traditionelt har astronomer differentieret voksende sorte huller fra ny stjernedannelse ved hjælp af diagnostiske tests, der er afhængige af detaljerede træk ved hver galakse synlige lys, når de er spredt ud i et spektrum som en regnbue.

Vejen til opdagelse begyndte, da bachelorstuderende, der arbejdede med Kannappan, forsøgte at anvende disse traditionelle test til galakseundersøgelsesdata. Holdet indså, at nogle af galakserne sendte blandede beskeder - to test ville indikere voksende sorte huller, men en tredje ville kun indikere stjernedannelse.

"Tidligere arbejde havde netop afvist tvetydige tilfælde som disse fra statistisk analyse, men jeg havde en fornemmelse af, at de kunne være uopdagede sorte huller i dværggalakser," sagde Kannappan. Hun havde en mistanke om, at den tredje, til tider modstridende, test var mere følsom end de to andre over for typiske egenskaber for dværge:deres simple grundstofsammensætning (hovedsageligt oprindelig brint og helium fra Big Bang) og deres høje hastighed for dannelse af nye stjerner.

Undersøgelsesmedforfatter Chris Richardson, en lektor ved Elon University, bekræftede med teoretiske simuleringer, at testresultaterne med blandet budskab nøjagtigt matchede, hvad teorien ville forudsige for en primordial-sammensætning, stærkt stjernedannende dværggalakse indeholdende et voksende massivt sort hul. "Det faktum, at mine simuleringer stemte overens med, hvad Kannappan-gruppen fandt, gjorde mig spændt på at udforske implikationerne for, hvordan galakser udvikler sig," sagde Richardson.

En optælling af voksende sorte huller

Polimera påtog sig udfordringen med at konstruere en ny folketælling af voksende sorte huller, med opmærksomhed på både traditionelle og blandede budskabstyper. Hun opnåede offentliggjorte målinger af spektrale træk ved synligt lys for at teste for sorte huller i tusindvis af galakser fundet i to undersøgelser ledet af Kannappan, RESOLVE og ECO. Disse undersøgelser inkluderer ultraviolette og radiodata, der er ideelle til at studere stjernedannelse, og de har et usædvanligt design:Mens de fleste astronomiske undersøgelser udvælger prøver, der favoriserer store og lyse galakser, er RESOLVE og ECO komplette opgørelser over enorme mængder af det nuværende univers, hvor dværggalakser er rigelige.

"Det var vigtigt for mig, at vi ikke fordrejede vores sorte hul-søgning mod dværggalakser," sagde Polimera. "Men da jeg så på hele folketællingen, fandt jeg ud af, at den nye type voksende sorte huller næsten altid dukkede op hos dværge. Jeg blev overrasket over tallene, da jeg så dem første gang."

Mere end 80 procent af alle voksende sorte huller, hun fandt i dværggalakser, tilhørte den nye type.

Resultatet virkede for godt. "Vi blev alle nervøse," sagde Polimera. "Det første spørgsmål, der kom til mit sind, var:Har vi savnet en måde, hvorpå ekstrem stjernedannelse alene kunne forklare disse galakser?" Hun ledede en udtømmende søgen efter alternative forklaringer, der involverede stjernedannelse, modelleringsusikkerhed eller eksotisk astrofysik. I sidste ende blev holdet tvunget til at konkludere, at de nyligt identificerede sorte huller var ægte.

"Vi kniber stadig os selv," sagde Kannappan. "Vi er spændte på at forfølge en zillion opfølgende ideer. De sorte huller, vi har fundet, er de grundlæggende byggesten i supermassive sorte huller som den i vores egen Mælkevej. Der er så meget, vi gerne vil lære om dem." + Udforsk yderligere

Dværggalaksen Mrk 462:'Mini' monster sort hul kunne indeholde spor til kæmpens vækst