Ny analyse afslører et lille sort hul, der gentagne gange slår gennem en større sorte hullers skive af gas
I hjertet af en fjern galakse ser et supermassivt sort hul ud til at have haft et tilfælde af hikke. Astronomer fra MIT, Italien, Tjekkiet og andre steder har fundet ud af, at et tidligere stille sort hul, som sidder i centrum af en galakse omkring 800 millioner lysår væk, pludselig er brudt ud og afgiver gasfaner hver 8,5 dag, før det sætter sig tilbage til sin normale, stille tilstand.
De periodiske hikke er en ny adfærd, som ikke er blevet observeret i sorte huller indtil nu. Forskerne mener, at den mest sandsynlige forklaring på udbruddene stammer fra et andet, mindre sort hul, der svirrer rundt om det centrale, supermassive sorte hul og slynger materiale ud fra det større sorte huls gasskive hver 8,5 dag.
Holdets resultater, offentliggjort i tidsskriftet Science Advances , udfordre det konventionelle billede af sorte hul-tilvækstskiver, som videnskabsmænd havde antaget er relativt ensartede skiver af gas, der roterer omkring et centralt sort hul. De nye resultater tyder på, at tilvækstskiver kan være mere varierede i deres indhold, muligvis indeholdende andre sorte huller og endda hele stjerner.
"Vi troede, vi vidste meget om sorte huller, men dette fortæller os, at der er mange flere ting, de kan gøre," siger undersøgelsesforfatter Dheeraj "DJ" Pasham, en forsker ved MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Vi tror, der vil være mange flere systemer som dette, og vi skal bare tage flere data for at finde dem."
Studiets MIT-medforfattere inkluderer postdoc Peter Kosec, kandidatstuderende Megan Masterson, lektor Erin Kara, hovedforsker Ronald Remillard og tidligere forsker Michael Fausnaugh sammen med samarbejdspartnere fra flere institutioner, herunder Tor Vergata University of Rome, Astronomisk Institut for Det Tjekkiske Videnskabsakademi og Masaryk Universitet i Tjekkiet.
'Brug det eller tab det'
Holdets resultater voksede ud af en automatiseret detektion af ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae), et netværk af 20 robotteleskoper placeret forskellige steder på tværs af den nordlige og sydlige halvkugle. Teleskoperne overvåger automatisk hele himlen én gang om dagen for tegn på supernovaer og andre forbigående fænomener.
I december 2020 opdagede undersøgelsen et lysudbrud i en galakse omkring 800 millioner lysår væk. Den særlige del af himlen havde været relativt stille og mørk indtil teleskopernes opdagelse, da galaksen pludselig lysnede op med en faktor på 1.000.
Pasham, der tilfældigvis så påvisningen rapporteret i en samfundsalarm, valgte at fokusere på blusset med NASA's NICER (neutronstjernen Interior Composition Explorer), et røntgenteleskop ombord på den internationale rumstation, der kontinuerligt overvåger himlen i X -stråleudbrud, der kunne signalere aktivitet fra neutronstjerner, sorte huller og andre ekstreme gravitationsfænomener. Timingen var tilfældig, da det nærmede sig slutningen af Pashams år lange periode, hvor han havde tilladelse til at pege eller "udløse" teleskopet.
"Det var enten brug det eller tab det, og det viste sig at være min heldigste pause," siger han.
Han trænede MERE til at observere den fjerne galakse, mens den fortsatte med at blusse. Udbruddet varede i omkring fire måneder, før det forsvandt. I løbet af den tid tog NICER målinger af galaksens røntgenstråling på daglig basis med høj kadence. Da Pasham så nøje på dataene, bemærkede han et mærkeligt mønster inden for fire måneders opblussen:subtile fald i et meget smalt bånd af røntgenstråler, der så ud til at dukke op igen hver 8,5 dag.
Det så ud til, at galaksens energiudbrud med jævne mellemrum faldt hver 8,5 dag. Signalet ligner det, astronomer ser, når en planet i kredsløb krydser foran sin værtsstjerne og kortvarigt blokerer stjernens lys. Men ingen stjerne ville være i stand til at blokere et udbrud fra en hel galakse.
"Jeg kløede mig i hovedet for, hvad det betyder, fordi dette mønster ikke passer til noget, vi ved om disse systemer," husker Pasham.
Punch den
Da han ledte efter en forklaring på de periodiske dyk, stødte Pasham på et nyligt papir fra teoretiske fysikere i Tjekkiet. Teoretikerne havde hver for sig regnet ud, at det i teorien ville være muligt for en galakses centrale supermassive sorte hul at være vært for et andet, meget mindre sort hul. Det mindre sorte hul kunne kredse i en vinkel fra dets større ledsagers tilvækstskive.
Som teoretikerne foreslog, ville den sekundære med jævne mellemrum slå gennem det primære sorte huls skive, mens den kredser. I processen ville den frigive en gasfane, som en bi, der flyver gennem en sky af pollen. Kraftige magnetfelter, nord og syd for det sorte hul, kunne derefter slynge fanen op og ud af skiven.
Hver gang det mindre sorte hul slår igennem skiven, udstøder det endnu en fane i et regelmæssigt, periodisk mønster. Hvis denne fane tilfældigvis pegede i retning af et observationsteleskop, kunne den observere fanen som et dyk i galaksens samlede energi, og kortvarigt blokere for diskens lys med mellemrum.
"Jeg var super begejstret for denne teori, og jeg sendte dem straks en e-mail for at sige:'Jeg tror, vi observerer præcis, hvad din teori forudsagde'," siger Pasham.
Han og de tjekkiske videnskabsmænd gik sammen om at teste ideen med simuleringer, der inkorporerede NICERs observationer af det oprindelige udbrud og de almindelige 8,5-dages dyk. Det, de fandt, understøtter teorien:Det observerede udbrud var sandsynligvis et signal om et andet, mindre sort hul, der kredsede om et centralt supermassivt sort hul og periodisk punkterede dets skive.
Specifikt fandt holdet ud af, at galaksen var relativt stille før opdagelsen i december 2020. Holdet vurderer, at galaksens centrale supermassive sorte hul er så massiv som 50 millioner sole. Før udbruddet kan det sorte hul have haft en svag, diffus tilvækstskive, der roterer omkring sig, da et andet, mindre sort hul, der måler 100 til 10.000 solmasser, kredsede i relativ uklarhed.
Forskerne formoder, at et tredje objekt - sandsynligvis en nærliggende stjerne - i december 2020 svingede for tæt på systemet og blev revet i stykker af det supermassive sorte huls enorme tyngdekraft - en begivenhed, som astronomer kender som en "tidevandsforstyrrelse".
Den pludselige tilstrømning af stjernemateriale lysnede et øjeblik op på det sorte huls tilvækstskive, da stjernens affald hvirvlede ind i det sorte hul. I løbet af fire måneder festede det sorte hul sig for stjerneaffaldet, mens det andet sorte hul fortsatte i kredsløb. Da den slog igennem disken, udstødte den en meget større fane, end den normalt ville, som tilfældigvis skubbede lige ud mod NICER's scope.
Holdet udførte adskillige simuleringer for at teste de periodiske dyk. Den mest sandsynlige forklaring, konkluderer de, er en ny slags David-og-Goliat-system – et lille sort hul med mellemmasse, der lyner rundt om et supermassivt sort hul.
"Dette er et anderledes udyr," siger Pasham. "Det passer ikke til noget, som vi ved om disse systemer. Vi ser beviser på, at objekter går ind og gennem skiven, i forskellige vinkler, hvilket udfordrer det traditionelle billede af en simpel gasformig skive omkring sorte huller. Vi tror, der er en enorm population af disse systemer derude."
"Dette er et genialt eksempel på, hvordan man bruger affaldet fra en forstyrret stjerne til at belyse det indre af en galaktisk kerne, som ellers ville forblive mørk. Det er beslægtet med at bruge fluorescerende farvestof til at finde en lækage i et rør," siger Richard Saxton. en røntgenastronom fra European Space Astronomy Center (ESAC) i Madrid, Spanien, som ikke var involveret i undersøgelsen.
"Dette resultat viser, at meget tætte supermassive sorte hul-binære filer kan være almindelige i galaktiske kerner, hvilket er en meget spændende udvikling for fremtidige gravitationsbølgedetektorer."
Flere oplysninger: Dheeraj Pasham, en sag for et binært sort hulsystem afsløret via kvasi-periodiske udstrømninger, videnskabelige fremskridt (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj8898. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj8898. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2402.10140
Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt , arXiv
Leveret af Massachusetts Institute of Technology
Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.
Varme artikler
-
Forskere undersøger den ejendommelige radiokilde IC 1531NVSS konturkort af IC 1531 ved 1,4 GHz. Radiostrukturen i midten af billedet er ~220 kpc forlænget. Kredit:Bassi et al., 2018. Et internationalt hold af forskere har undersøgt en ejendommelig ek -
Nærbilleder viser Saturns ringe i hidtil usete detaljerDette Cassini -billede har en densitetsbølge i Saturns A -ring (til venstre), der ligger omkring 134, 500 km fra Saturn. Densitetsbølger er ophobninger af partikler på bestemte afstande fra planeten. -
Hubble spionerer nysgerrig galakse, der bevæger sig lidt tættere påDette Hubble-billede har Messier 90, en smuk spiralgalakse beliggende omkring 60 millioner lysår fra Mælkevejen i stjernebilledet Jomfruen (Jomfruen). Galaksen er en del af Jomfruklyngen, en samling a -
Forstå hurtige radioudbrudKredit:JINGCHUAN YU, BEIJING PLANETARIET / NRAO Astronomer opdager en mystisk, kraftig form for stråling, der blæser hen over rummet, og ingen er helt sikre på hvorfor. Hurtige radioudbrud (FRBer
- Udbredt uranforurening fundet i Indias grundvand
- Hvad betyder Titration?
- Højt antal voksne, der ikke er i stand til at udføre grundlæggende matematiske opgaver
- Forskere laver drivhusgasemissioner fra tropisk tørvejord med højere nøjagtighed
- Studie baner vej for større, sikrere lithium-ion-batterier
- Metalliske nanopartikler hjælper med at bestemme procentdelen af flygtige forbindelser