Hubble-film viser trafikprop i stjernefly

Et hold af astronomer, der bruger NASA's Hubble-rumteleskop, har fanget de første film, der viser trafikpropper, der forårsager flimrende "hot spots" i kraftige stråler af materiale, der udslynges af sorte huller i hjertet af fjerne galakser.

Astronomerne fandt ud af, at i stedet for at flyde jævnt, er jetflyene fulde af tætte skyer af gas, der ser ud til at kollidere og smelte sammen, da de sprænges udad med næsten lysets hastighed. Sammenstødene får de varme punkter til midlertidigt at blusse i lysstyrke, når chokbølger bevæger sig gennem dem, for derefter at trække sig tilbage, når chokbølgerne forsvinder.

"Vi har i nogen tid vidst, at jetflyene ikke er glatte og ensartede, men disse nye observationer lader os endelig se, hvad der faktisk foregår inde i disse jetfly," sagde Nathan Smith fra University of California, Berkeley, hovedforfatter af et papir accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal.

Opdagelsen tyder på, at flimren af ​​de varme punkter kan tilbyde en ny måde at analysere disse jetfly på, kaldet relativistiske jetfly, som er almindelige i universet og menes at indeholde nogle af de mest energiske partikler, man kender.

Jets er et af de mest magtfulde fænomener i universet. De består af smalle stråler af partikler, for det meste elektroner og protoner, der udstødes fra sorte huller og neutronstjerner med hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed. Det er stadig uklart, hvordan jetfly er i stand til at accelerere partikler så effektivt.

Observationerne fokuserede på det centrale område af radiogalaksen M87, der ligger omkring 54 millioner lysår væk i stjernebilledet Jomfruen. I hjertet er et supermassivt sort hul med en masse, der er omkring 3 milliarder gange vores Sols masse.

Smiths team brugte Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) instrument til at opnå langeksponerede billeder af den indre jet gennem mange måneder. De skabte derefter film ved at kombinere en serie på 22 billeder med kort eksponering taget over 20 minutter. Filmene afslører, at de lyseste emissionsknuder konstant ændrer sig, mens nogle forbliver faste.

"For første gang kan vi direkte observere materiale, der kolliderer inde i et jetfly," sagde Smith. "Før var det bedste, vi kunne gøre, at studere eftervirkningerne af disse begivenheder. Nu kan vi se interaktionerne i realtid."

En mulighed, som resultaterne giver anledning til, er, at knuderne i strålen kan være en del af en naturlig "fokuserende" effekt. Når strålerne strømmer ud fra det sorte hul, medfører de omgivende gas fra deres omgivelser, hvilket bremser dem. Det langsommere materiale skaber en slags "fokuseringskrave" omkring strålen, der får den til at klemme, så knuderne lettere kan støde sammen og smelte sammen.

Observationerne viser, at materialeklumperne ser ud til at "surfe" langs chokbølger, der bevæger sig ned ad strålen med mere end 99,5 procent af lysets hastighed. Astronomerne har estimeret størrelsen af ​​klumperne til at være omkring 1.000 gange størrelsen af ​​vores solsystem.

"Disse klumper kan være analoge med de trafikpropper, vi oplever på motorvejen, hvor biler sænker farten og samler sig bag en flaskehals," sagde Smith. "I stedet for biler bliver disse klumper af materiale bremset af kollisionen med den omgivende gas."

Forskerne fandt ud af, at lysstyrken af ​​nogle hot spots forblev konstant under observationernes varighed. De mener, at disse pletter kan være forårsaget af stående chokbølger, beslægtet med bov-chokbølgen foran et skib, der bevæger sig gennem vandet, snarere end de bevægelige chokbølger skabt af klumperne.

Filmene afslører også, at hastigheden, hvormed klumperne bevæger sig, falder, når de bevæger sig ned i jetflyet. Det er første gang, at astronomer har været i stand til direkte at observere denne deceleration inde i et jetfly.

Observationerne vil give forskerne mulighed for at forfine modeller af jetfysik og udvikle en bedre forståelse af, hvordan galakser er i stand til at omdanne sorte hullers gravitationsenergi til den enorme energi, der transporteres af jetfly.