Huvudillustrationen visar ljuset från flera avlägsna kvasarer som genomborrar den norra halvan av Fermi-bubblorna, ett utflöde av gas som drivs ut av vår Vintergatans rejäla svarta hål. Rymdteleskopet Hubble undersökte kvasarernas ljus för information om gasens hastighet och om gasen rör sig mot eller bort från jorden. Baserat på materialets hastighet, forskargruppen uppskattade att bubblorna bildades från en energisk händelse för mellan 6 miljoner och 9 miljoner år sedan. Nederst till vänster:mätningen av gas som rör sig mot och bort från jorden, indikerar att materialet rör sig med hög hastighet. Hubble observerade också ljus från kvasarer som passerade utanför den norra bubblan. Uppe till höger:gasen i en sådan kvasars ljusbana rör sig inte mot eller bort från jorden. Denna gas finns i Vintergatans skiva och delar inte samma egenskaper som materialet som sonderas inuti bubblan. Kredit:NASA, ESA, och Z. Levy (STScI)
För det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax Vintergatan, det har gått lång tid mellan middagarna. NASA:s rymdteleskop Hubble har funnit att det svarta hålet åt sin sista stora måltid för cirka 6 miljoner år sedan, när den förbrukade en stor klump av infallande gas. Efter måltiden, det översvämmade svarta hålet rapade ut en kolossal gasbubbla som vägde motsvarande miljontals solar, som nu böljar över och under vår galax centrum.
De enorma strukturerna, dubbade Fermi Bubbles, upptäcktes först 2010 av NASA:s Fermi Gamma-ray Space Telescope. Men färska Hubble-observationer av den norra bubblan har hjälpt astronomer att fastställa en mer exakt ålder för bubblorna och hur de kom till.
"För första gången, vi har spårat rörelsen av kall gas genom en av bubblorna, som gjorde det möjligt för oss att kartlägga gasens hastighet och beräkna när bubblorna bildades, " sa ledande forskare Rongmon Bordoloi vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. "Vad vi finner är att en mycket stark, energetisk händelse inträffade för 6 miljoner till 9 miljoner år sedan. Det kan ha varit ett gasmoln som strömmade in i det svarta hålet, som avfyrade materiastrålar, bildar tvillingloberna av het gas som ses i röntgen- och gammastrålningsobservationer. Sen dess, det svarta hålet har precis ätit snacks."
Den nya studien är en uppföljning på tidigare Hubble-observationer som placerade bubblornas ålder till 2 miljoner år gamla.
Ett svart hål är ett tätt, kompakt område av rymden med ett gravitationsfält så intensivt att varken materia eller ljus kan fly. Det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax har komprimerat massan av 4,5 miljoner solliknande stjärnor till ett mycket litet område i rymden.
Material som kommer för nära ett svart hål fångas i sin kraftfulla gravitation och virvlar runt det kompakta kraftpaketet tills det så småningom faller i. En del av saken, dock, blir så varmt att det flyr längs det svarta hålets spinnaxel, skapar ett utflöde som sträcker sig långt över och under planet för en galax.
Teamets slutsatser är baserade på observationer av Hubbles Cosmic Origins Spectrograph (COS), som analyserade ultraviolett ljus från 47 avlägsna kvasarer. Kvasarer är ljusa kärnor i avlägsna aktiva galaxer.
På kvasarernas ljus när det passerar genom Vintergatans bubbla finns information om hastigheten, sammansättning, och temperaturen hos gasen inuti den expanderande bubblan.
Flera avlägsna kvasarer kan ses genom den norra halvan av Fermi-bubblorna, ett utflöde av gas som drivs ut av vår Vintergatans rejäla svarta hål. Rymdteleskopet Hubble undersökte kvasarernas ljus för information om gasens hastighet och om gasen rör sig mot eller bort från jorden. Baserat på materialets hastighet, forskargruppen uppskattade att bubblorna bildades från en energisk händelse för mellan 6 miljoner och 9 miljoner år sedan. Kredit:NASA, ESA, och Z. Levy (STScI)
COS-observationerna mätte temperaturen på gasen i bubblan vid ungefär 17, 700 grader Fahrenheit. Även vid dessa fräsande temperaturer, denna gas är mycket kallare än de flesta av den superheta gasen i utflödet, vilket är 18 miljoner grader Fahrenheit, ses i gammastrålar. Den kallare gasen som COS ser kan vara interstellär gas från vår galax skiva som svepas upp och dras in i det superheta utflödet. COS identifierade också kisel och kol som två av de grundämnen som sopas upp i gasmolnet. Dessa vanliga grundämnen finns i de flesta galaxer och representerar de fossila resterna av stjärnutvecklingen.
Den svala gasen rusar genom bubblan i 2 miljoner miles per timme. Genom att kartlägga gasens rörelse genom hela strukturen, astronomerna uppskattade att den minsta massan av den medförda kalla gasen i båda bubblorna motsvarar 2 miljoner solar. Kanten på den norra bubblan sträcker sig 23, 000 ljusår över galaxen.
"Vi har spårat utflöden från andra galaxer, men vi har aldrig kunnat kartlägga gasens rörelse, "
sa Bordoloi. "Den enda anledningen till att vi kunde göra det här är för att vi är inne i Vintergatan. Denna utsiktspunkt ger oss en plats på första raden för att kartlägga den kinematiska strukturen av Vintergatans utflöde."
De nya COS-observationerna bygger och expanderar på resultaten av en Hubble-studie från 2015 av samma team, där astronomer analyserade ljuset från en kvasar som genomborrade bubblans bas.
"Hubbles data öppnar ett helt nytt fönster på Fermi Bubbles, " sa studiens medförfattare Andrew Fox från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. "Innan, vi visste hur stora de var och hur mycket strålning de avgav; nu vet vi hur snabbt de rör sig och vilka kemiska grundämnen de innehåller. Det är ett viktigt steg framåt." Hubble-studien ger också en oberoende verifiering av bubblorna och deras ursprung, som detekterats av röntgen- och gammastrålningsobservationer.
"Denna observation skulle vara nästan omöjlig att göra från marken eftersom du behöver ultraviolett spektroskopi för att upptäcka fingeravtrycken av dessa element, som bara kan göras från rymden, "Bordoloi sa. "Endast med COS har du våglängdstäckning, känsligheten, och spektralupplösningstäckningen för att göra denna observation."
Hubble-resultaten dök upp den 10 januari, 2017, upplagan av The Astrophysical Journal .
