Gasutflöden är vanliga egenskaper hos aktiva supermassiva svarta hål som finns i mitten av stora galaxer. Miljoner till miljarder gånger solens massa, dessa svarta hål livnär sig på de stora skivorna av gas som virvlar runt dem. Ibland äter de svarta hålen för mycket och rapar ut en ultrasnabb vind, eller utflöde. Dessa vindar kan ha ett starkt inflytande på att reglera tillväxten av värdgalaxen genom att rensa bort den omgivande gasen och undertrycka stjärnbildningen.

Forskare har nu gjort den mest detaljerade observationen hittills av ett sådant utflöde, kommer från en aktiv galax som heter IRAS 13224-3809. Utflödets temperatur ändrades på tidsskalor på mindre än en timme, vilket är hundratals gånger snabbare än någonsin tidigare. De snabba fluktuationerna i utflödets temperatur indikerade att utflödet svarade på röntgenstrålning från accretionskivan, en tät zon av gas och andra material som omger det svarta hålet.

De nya observationerna publiceras i tidskriften Natur den 2 mars, 2017.

"Även om vi har sett dessa utflöden tidigare, denna observation var första gången vi kunde se lanseringen av gaserna vara kopplad till förändringar i ljusstyrkan hos svarta hål, " sa Erin Kara, en postdoktor i astronomi vid University of Maryland och medförfattare till studien.

Forskare gjorde dessa mätningar med två rymdteleskop, NASA:s NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) teleskop och Europeiska rymdorganisationens (ESA) XMM-Newton. För att fånga variabiliteten hos dessa signaler, forskare fokuserade XMM-Newton på det svarta hålet i 17 dagar i rad, och observerade det svarta hålet med NuSTAR i sex dagar.

För att mäta temperaturerna för dessa vindar, forskare studerade röntgenstrålar från kanten av det svarta hålet. När de reser mot jorden, dessa röntgenstrålar passerar genom utflödena. Element som järn eller magnesium som finns i utflödena kan absorbera specifika delar av röntgenspektrumet, skapa signatur "dippar" i röntgensignalen. Genom att observera dessa nedgångar, kallade absorptionsegenskaper, astronomer kan lära sig vilka grundämnen som finns i vinden.

Teamet märkte att absorptionsfunktionerna försvann och dök upp igen inom loppet av några timmar. Forskarna drog slutsatsen att röntgenstrålningen värmde upp vindarna till miljontals grader Celsius, vid vilken tidpunkt vindarna blev oförmögna att absorbera fler röntgenstrålar.

Observationerna att utflödena verkar vara kopplade till röntgenstrålar, och att båda är så mycket varierande, ge möjliga ledtrådar för att lokalisera exakt var röntgenstrålar och utflöden har sitt ursprung.

"Den strålande gasen som strömmar in i svarta hål är mest varierande i deras centra, ", sa Kara. "Eftersom vi såg så snabb variation i vindarna, vi vet att utsläppet kommer från mycket nära själva det svarta hålet, och eftersom vi observerade att vinden också förändrades på snabba tidsskalor, det måste också komma från mycket nära det svarta hålet."

För att ytterligare studera galaxbildning och svarta hål, Chris Reynolds, en professor i astronomi vid UMD och en co-PI på projektet, noterade behovet av mer detaljerade uppgifter och observationer.

"Vi måste observera detta svarta hål med bättre och fler spektrometrar, så att vi kan få mer information om dessa utflöden, " sa Reynolds. "Till exempel, vi vet inte om utflödet består av en eller flera gasskivor. Och vi måste observera på flera band förutom röntgenstrålar - som skulle tillåta oss att detektera molekylära gaser, och kallare gaser, som kan drivas av dessa höga energiutflöden. All den informationen kommer att vara avgörande för att förstå hur dessa utflöden är kopplade till galaxbildning."