Ett brittiskt team av astronomer rapporterar den första upptäckten av materia som faller in i ett svart hål med 30 procent av ljusets hastighet, belägen i centrum av den avlägsna galaxen PG1211+143 för miljarder ljusår. Laget, ledd av professor Ken Pounds vid University of Leicester, använde data från Europeiska rymdorganisationens röntgenobservatorium XMM-Newton för att observera det svarta hålet. Deras resultat visas i en ny tidning i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Svarta hål är föremål med så starka gravitationsfält att inte ens ljus färdas tillräckligt snabbt för att undkomma deras grepp, därav beskrivningen "svart". De är oerhört viktiga inom astronomi eftersom de erbjuder det mest effektiva sättet att utvinna energi från materia. Som ett direkt resultat, gas under fall – ansamling – på svarta hål måste vara drivkraften för de mest energiska fenomenen i universum.

Mitten av nästan varje galax – som vår egen Vintergatan – innehåller ett så kallat supermassivt svart hål, med massor av miljoner till miljarder gånger vår sols massa. När tillräckligt med materia faller ner i hålet, dessa kan bli extremt lysande, och ses som en kvasar eller aktiv galaktisk kärna (AGN).

Men svarta hål är så kompakta att gas nästan alltid roterar för mycket för att falla in direkt. Istället kretsar den runt hålet, närmar sig gradvis genom en ackretionsskiva - en sekvens av cirkulära banor av minskande storlek. När gasen spiralerar inåt, den rör sig snabbare och snabbare och blir varm och lysande, omvandla gravitationsenergi till den strålning som astronomer observerar.

Gasens omloppsbana runt det svarta hålet antas ofta vara i linje med det svarta hålets rotation, men det finns ingen tvingande anledning till att så är fallet. Faktiskt, anledningen till att vi har sommar och vinter är att jordens dagliga rotation inte stämmer överens med dess årliga bana runt solen.

Hittills har det varit oklart hur felinriktad rotation kan påverka gasens infall. Detta är särskilt relevant för matningen av supermassiva svarta hål eftersom materia (interstellära gasmoln eller till och med isolerade stjärnor) kan falla in från alla håll.

Med hjälp av data från XMM-Newton, Prof. Pounds och hans medarbetare tittade på röntgenspektra (där röntgenstrålar sprids efter våglängd) från galaxen PG211+143. Detta objekt ligger mer än en miljard ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Coma Berenices, och är en Seyfert-galax, kännetecknas av en mycket ljus AGN som är ett resultat av närvaron av det massiva svarta hålet vid dess kärna.

Forskarna fann att spektra var starkt rödförskjutna, visar att det observerade materialet faller in i det svarta hålet med en enorm hastighet av 30 procent av ljusets hastighet, eller runt 100, 000 kilometer per sekund. Gasen roterar nästan inte runt hålet, och detekteras extremt nära det i astronomiska termer, på ett avstånd av endast 20 gånger hålets storlek (dess händelsehorisont, gränsen för den region där flykt inte längre är möjlig).

Observationen överensstämmer nära med det senaste teoretiska arbetet, även i Leicester och med hjälp av den brittiska superdatoranläggningen Dirac som simulerar "rivningen" av felinriktade accretionsskivor. Detta arbete har visat att ringar av gas kan bryta av och kollidera med varandra, avbryter sin rotation och lämnar gas att falla direkt mot det svarta hålet.

Prof. Pounds, från University of Leicesters institution för fysik och astronomi, sa:"Galaxen vi observerade med XMM-Newton har ett svart hål på 40 miljoner solmassa som är mycket ljust och uppenbarligen välmatat. För ungefär 15 år sedan upptäckte vi faktiskt en kraftig vind som indikerar att hålet övermatades. vindar finns nu i många aktiva galaxer, PG1211+143 har nu gett ytterligare en första, "med upptäckten av materia som störtar direkt in i själva hålet."

Han fortsätter:"Vi kunde följa en jordstor materia i ungefär en dag, när den drogs mot det svarta hålet, accelererar till en tredjedel av ljusets hastighet innan den slukas upp av hålet."

En ytterligare implikation av den nya forskningen är att "kaotisk ansamling" från feljusterade skivor sannolikt är vanligt förekommande för supermassiva svarta hål. Sådana svarta hål skulle då snurra ganska långsamt, att kunna ta emot mycket mer gas och växa sina massor snabbare än vad man tror, ger en förklaring till varför svarta hål som bildades i det tidiga universum snabbt fick mycket stora massor.