En masse på 17 milliarder sole:Voksende sort hul er det mest lysende objekt nogensinde observeret af astronomer

En ny undersøgelse offentliggjort i Nature Astronomy beskriver det mest lysende objekt nogensinde observeret af astronomer. Det er et sort hul med en masse på 17 milliarder sole, der hver eneste dag sluger en større mængde masse end solen.

Det har været kendt i flere årtier, men da det er så lyst, antog astronomer, at det måtte være en nærliggende stjerne. Kun nylige observationer afslørede dens ekstreme afstand og lysstyrke.

Objektet er blevet døbt J0529-4351. Dette navn refererer simpelthen til dets koordinater på himmelsfæren - en måde at projicere objekterne på himlen på indersiden af ​​en kugle. Det er en type objekt kaldet en kvasar.

Den fysiske karakter af kvasarer var oprindeligt ukendt. Men i 1963 blev det synlige lys fra en kvasar kaldet 3C 273 opdelt i alle dets bølgelængder (kendt som dets spektrum). Dette viste, at det var placeret næsten 2 milliarder lysår væk.

I betragtning af hvor lys 3C 273 ser ud for os, og hvor langt væk den er, må den være ekstremt lysende – et udtryk i astronomi, der refererer til mængden af ​​lys, der udsendes af et objekt i en tidsenhed. Den eneste kendte strømkilde til en så ekstrem lysstyrke var gennem materiale, der faldt ned i et supermassivt sort hul. Kvasarer er derfor de mest aktivt voksende sorte huller i universet.

Strømkilde

Supermassive sorte huller sidder ofte i centrum af galakser. Som med alle kvasarer er J0529-4351 drevet af materiale, for det meste overophedet brint og heliumgas, der falder ned i dets sorte hul fra den omgivende galakse.

Omtrent én gang falder solens masse ned i dette sorte hul hver dag. Præcis hvordan så meget gas kan kanaliseres ind i centrum af galakser for at øge massen af ​​sorte huller er et ubesvaret spørgsmål inden for astrofysik.

I galaksens centrum formes gassen til en tynd skiveform. Egenskaberne viskositet (modstand mod stofstrømmen i rummet) og friktion i den tynde skive hjælper med at opvarme gassen til titusindvis af grader Celsius. Dette er varmt nok til at lyse, når det ses ved ultraviolet og synligt lys bølgelængder. Det er den glød, vi kan observere fra Jorden.

Med omkring 17 milliarder sole i masse er J0529-4351 ikke det mest massive kendte sorte hul. Et objekt, i centrum af galaksehoben Abell 1201, svarer til 30 milliarder sole. Vi skal dog huske på, at på grund af den tid, det tager for lys at rejse over den store afstand mellem dette objekt og Jorden, er vi vidne til det, da universet kun var 1,5 milliarder år gammelt. Den er nu omkring 13,7 milliarder år gammel.

Så dette sorte hul må have vokset eller vokset med denne hastighed i en betydelig brøkdel af universets alder på det tidspunkt, hvor det blev observeret. Forfatterne mener, at gastilvæksten fra det sorte hul sker tæt på den grænse, der er fastsat af fysikkens love. Hurtigere tilvækst forårsager en mere lysende skive af gas omkring det sorte hul, som igen kan standse, at mere materiale falder ind.

Historien om opdagelsen

J0529-4351 har været kendt i årtier, men på trods af at den har en tilvækstskive af gas 15.000 gange større end vores solsystem og optager sin egen galakse – som sandsynligvis er tæt på størrelsen af ​​Mælkevejen – er den så langt væk, at den fremstår som et enkelt lyspunkt i vores teleskoper.

Det betyder, at det er svært at skelne fra de milliarder af stjerner i vores egen galakse. At opdage, at det i virkeligheden er et fjernt, kraftfuldt, supermassivt sort hul krævede nogle mere komplekse teknikker. For det første indsamlede astronomer lys fra midten af ​​det infrarøde bølgebånd (lys med meget længere bølgelængder end dem, vi kan se).

Stjerner og kvasarer ser ganske forskellige ud fra hinanden ved disse bølgelængder. For at bekræfte observationen blev der taget et spektrum (ligesom det var med kvasaren 3C 273) ved hjælp af Australian National Universitys 2,3 meter teleskop ved Siding Spring Observatory, New South Wales.

Og som med 3C 273 afslørede spektret både objektets natur og hvor langt væk det var - 12 milliarder lysår. Dette fremhævede, hvor ekstrem dens lysstyrke må være.

Detaljerede kontroller

På trods af disse målinger skulle der foretages en række kontroller for at bekræfte kvasarens sande lysstyrke. For det første skulle astronomerne sikre sig, at lyset ikke var blevet forstørret af en kilde på himlen, der var tættere på Jorden. Ligesom linser, der bruges i briller eller kikkerter, kan galakser fungere som linser. De er så tætte, at de kan bøje og forstørre lyset fra fjernere kilder, der er perfekt justeret bag dem.

Data fra Den Europæiske Rumorganisations Gaia-satellit, som har ekstremt præcise målinger af J0529-4351s position, blev brugt til at fastslå, at J0529-4351 virkelig er en enkelt lyskilde på himlen uden linser. Dette understøttes af mere detaljerede spektre taget med European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) facilitet i Chile.

J0529-4351 vil sandsynligvis blive et meget betydningsfuldt værktøj til den fremtidige undersøgelse af kvasarer og sorte huls vækst. Massen af ​​sorte huller er en grundlæggende egenskab, men den er meget svær at måle direkte, da der ikke findes noget standardsæt af vægte til så absurd store, mystiske genstande.

En teknik er at måle den effekt, det sorte hul har på mere diffus gas, der kredser om det i store skyer, kaldet "bredlinjeområdet". Denne gas afsløres i spektret gennem brede "emissionslinjer", som er forårsaget af elektroner, der springer mellem specifikke energiniveauer i den ioniserede gas.

Bredden af ​​disse linjer er direkte relateret til massen af ​​det sorte hul, men kalibreringen af ​​dette forhold er meget dårligt testet for de mest lysende objekter såsom J0529-4351. Men fordi den er så fysisk stor og så lysende, vil J0529-4351 kunne observeres af et nyt instrument, der installeres på VLT, kaldet Gravity+.

Dette instrument vil give en direkte måling af det sorte huls masse og kalibrere de forhold, der bruges til at estimere masser i andre objekter med høj lysstyrke.

Journaloplysninger: Naturastronomi

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.