Galaxen 3C186, ligger cirka 8 miljarder ljusår från jorden, är troligen resultatet av en sammanslagning av två galaxer. Detta stöds av bågformade tidvattenssvansar, vanligtvis producerad av en gravitation mellan två kolliderande galaxer, identifierade av forskarna. Galaxernas sammanslagning ledde också till en sammanslagning av de två supermassiva svarta hålen i deras centrum, och det resulterande svarta hålet sparkades sedan ut ur sin modergalax genom gravitationsvågorna som skapades genom sammanslagningen. Upphovsman:NASA, ESA, och M. Chiaberge (STScI/ESA)
Astronomer har avslöjat ett supermassivt svart hål som har drivits ut ur mitten av en avlägsen galax genom vad som kan vara den fantastiska kraften i gravitationella vågor.
Även om det finns flera andra misstänkta, liknande startade svarta hål någon annanstans, inget har bekräftats hittills. Astronomer tror att detta objekt, upptäckt av NASA:s rymdteleskop Hubble, är ett mycket starkt fall. Väger mer än 1 miljard solar, det oseriösa svarta hålet är det mest massiva svarta hålet som någonsin har upptäckts ha sparkats ut ur sitt centrala hem.
Forskare uppskattar att det tog motsvarande energi för 100 miljoner supernovor som exploderade samtidigt för att bryta det svarta hålet. Den mest troliga förklaringen till denna framdrivande energi är att monsterobjektet fick en kick av gravitationella vågor som släpptes loss genom sammanslagningen av två rejäla svarta hål i mitten av värdgalaxen.
Först förutspåddes av Albert Einstein, gravitationella vågor är krusningar i rymden som skapas när två massiva föremål kolliderar. Krusningarna liknar de koncentriska cirklar som produceras när en rejäl sten kastas i en damm. Förra året, laserinterferometern Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hjälpte astronomer att bevisa att gravitationella vågor existerar genom att upptäcka dem som härrör från föreningen av två svarta hål med stjärnmassa, som är flera gånger mer massiva än solen.
Hubbles observationer av det egensinniga svarta hålet överraskade forskargruppen. "När jag först såg det här, Jag trodde att vi såg något väldigt märkligt, "säger teamledaren Marco Chiaberge från Space Telescope Science Institute (STScI) och Johns Hopkins University, i Baltimore, Maryland. "När vi kombinerade observationer från Hubble, Chandra röntgenobservatorium, och Sloan Digital Sky Survey, allt pekade på samma scenario. Mängden data vi samlat in, från röntgenstrålar till ultraviolett till nära-infrarött ljus, är definitivt större än för någon av de andra kandidatens oseriösa svarta hål. "
Chiaberges tidning kommer att visas i 30 mars -numret av Astronomi och astrofysik .
Hubble-bilder tagna i synligt och nära-infrarött ljus gav den första ledtråden att galaxen var ovanlig. Bilderna avslöjade en ljus kvasar, den svarta hålets signatur som bor långt från den galaktiska kärnan. Svarta hål kan inte observeras direkt, men de är energikällan i kvasars hjärta - intensiv, kompakta strålkastare som kan överstråla en hel galax. Kvasaren, heter 3C 186, och dess värdgalax ligger 8 miljarder ljusår bort i ett galaxkluster. Teamet upptäckte galaxens särdrag medan de genomförde en Hubble -undersökning av avlägsna galaxer som släppte loss kraftfulla strålningsstrålar i galaxfusioner.
"Jag förväntade mig att se många sammanslagna galaxer, och jag förväntade mig att se röriga värdgalaxer runt kvasarna, men jag förväntade mig inte riktigt att få se en kvasar som tydligt förskjutits från kärnan i en regelbundet formad galax, "Återkallade Chiaberge." Svarta hål finns i galaxernas centrum, så det är ovanligt att se en kvasar inte i mitten. "
Denna illustration visar hur gravitationella vågor kan driva ett svart hål från mitten av en galax. Scenariot börjar i den första panelen med sammanslagningen av två galaxer, alla med ett centralt svart hål. I den andra panelen, de två svarta hålen i den nyligen sammanslagna galaxen sätter sig in i mitten och börjar virvla runt varandra. Denna energiska handling ger gravitationella vågor. När de två rejäla föremålen fortsätter att stråla bort gravitationenergin, de rör sig närmare varandra med tiden, enligt den tredje panelen. Om de svarta hålen inte har samma massa och rotationshastighet, de avger gravitationella vågor starkare i en riktning, som visas av det ljusa området uppe till vänster. De svarta hålen går slutligen samman i den fjärde panelen, bildar ett jätte svart hål. Energin som släpps ut genom fusionen driver det svarta hålet bort från mitten i motsatt riktning mot de starkaste gravitationsvågorna. Upphovsman:NASA, ESA, och A. Feild (STScI)
Teamet beräknade det svarta hålets avstånd från kärnan genom att jämföra fördelningen av stjärnljus i värdgalaxen med en normal elliptisk galax från en datormodell. Det svarta hålet hade rest mer än 35, 000 ljusår från centrum, vilket är mer än avståndet mellan solen och Vintergatans centrum.
Baserat på spektroskopiska observationer gjorda av Hubble och Sloan -undersökningen, forskarna uppskattade det svarta hålets massa och mätte gashastigheten som fångades nära föremålsobjektet. Spektroskopi delar upp ljuset i dess färger, som kan användas för att mäta hastigheter i rymden. "Till vår förvåning, vi upptäckte att gasen runt det svarta hålet flyger bort från galaxens centrum i 4,7 miljoner miles i timmen, "sa teammedlem Justin Ely från STScI. Denna mätning är också en mätare av det svarta hålets hastighet, eftersom gasen är gravitationellt låst till monsterobjektet.
Astronomerna beräknade att det svarta hålet rör sig så snabbt att det skulle resa från jorden till månen på tre minuter. Det är tillräckligt snabbt för att det svarta hålet ska fly galaxen på 20 miljoner år och ströva genom universum för alltid.
Hubble -bilden avslöjade en intressant ledtråd som hjälpte till att förklara det svarta hålets egensinniga plats. Värdgalaxen har svaga bågformade funktioner som kallas tidvattenstjärtar, produceras av en dragkraft mellan två kolliderande galaxer. Detta bevis tyder på en möjlig förening mellan 3C 186 -systemet och en annan galax, var och en med central, massiva svarta hål som kan ha smält ihop så småningom.
Baserat på detta synliga bevis, tillsammans med teoretiskt arbete, forskarna utvecklade ett scenario för att beskriva hur det svarta hålen kan utvisas från sitt centrala hem. Enligt deras teori, två galaxer går samman, och deras svarta hål sätter sig i mitten av den nybildade elliptiska galaxen. När de svarta hålen virvlar runt varandra, gravitationens vågor slungas ut som vatten från en gräsmatta. De rejäla föremålen rör sig närmare varandra över tiden när de strålar bort gravitationenergi. Om de två svarta hålen inte har samma massa och rotationshastighet, de avger gravitationella vågor starkare längs en riktning. När de två svarta hålen kolliderar, de slutar producera gravitationella vågor. Det nyligen sammanslagna svarta hålet försvinner sedan i motsatt riktning mot de starkaste gravitationsvågorna och skjuter iväg som en raket.
Forskarna har tur som har fångat denna unika händelse eftersom inte varje sammanslagning av svart hål ger obalanserade gravitationsvågor som driver ett svart hål i motsatt riktning. "Denna asymmetri beror på egenskaper som massan och den relativa orienteringen av bakhålens rotationsaxlar före sammanslagningen, "sade teammedlem Colin Norman från STScI och Johns Hopkins University." Det är därför dessa objekt är så sällsynta. "
En alternativ förklaring till offset -kvasaren, även om det är osannolikt, föreslår att det ljusa objektet inte finns i galaxen. Istället, kvasaren ligger bakom galaxen, men Hubble -bilden ger illusionen att den är på samma avstånd som galaxen. Om detta var fallet, forskarna borde ha upptäckt en galax i bakgrunden som är värd för kvasaren.
Om forskarnas tolkning är korrekt, observationerna kan ge starka bevis på att supermassiva svarta hål faktiskt kan smälta samman. Astronomer har bevis på svarta hålskollisioner för svarta hål med stjärnmassa, men processen som reglerar supermassiva svarta hål är mer komplex och inte helt förstått.
Teamet hoppas kunna använda Hubble igen, i kombination med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och andra faciliteter, för att mer exakt mäta hastigheten på det svarta hålet och dess gasskiva, vilket kan ge mer insikt om beskaffenheten hos detta bisarra objekt.
