En konstnärs intryck av jetplanet som lanserades av ett supermassivt svart hål, som blåser upp lober av mycket het gas som förvrängs av klustervädret. Kredit:Institute of Astronomy, Universitetet i Cambridge
"Väder" i galaxhopar kan förklara ett långvarigt pussel, enligt ett team av forskare vid University of Cambridge. Forskarna använde sofistikerade simuleringar för att visa hur kraftfulla jetstrålar från supermassiva svarta hål störs av rörelsen av het gas och galaxer, förhindrar att gasen svalnar, som annars skulle kunna bilda stjärnor. Teamet publicerar sitt arbete i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .
Typiska galaxhopar har flera tusen medlemsgalaxer, som kan skilja sig mycket från vår egen Vintergatan och variera i storlek och form. Dessa system är inbäddade i mycket het gas känd som intracluster medium (ICM), som alla lever i en osynlig gloria av så kallad "mörk materia."
Ett stort antal galaxer har supermassiva svarta hål i sina centra, och dessa har ofta höghastighetsstrålar av material som sträcker sig över tusentals ljusår som kan blåsa upp mycket heta lober i ICM.
Forskarna, baserad på Kavli Institute for Cosmology och Institute of Astronomy, genomförde toppmoderna simuleringar och tittade på jetloberna i fina detaljer och de röntgenstrålar som sänds ut som ett resultat. Modellen fångar födelsen och den kosmologiska utvecklingen av galaxhopen, och tillät forskarna att undersöka med oöverträffad realism hur de jetstrålar och lober de blåser upp interagerar med en dynamisk ICM.
De fann att de falska röntgenobservationerna av det simulerade klustret avslöjade de så kallade "röntgenhåligheterna" och "röntgenljusfälgar" som genererats av supermassiva svarta hålsdrivna jetstrålar, som i sig förvrängs av rörelser i klustret, liknar anmärkningsvärt de som finns i observationer av riktiga galaxhopar.
Den vänstra panelen visar en faktisk observation av galaxhopen MS 0735.6+7421, medan Hubble-bakgrundsbilden till höger istället har överlagrats med en skenobservation av strålen (rosa) och röntgenstrålningen (blå) som gjorts från simuleringen. Båda bilderna visar håligheter utgrävda av lobuppblåsningen som omger röntgenstrålar av tät gas (blå), som är fyllda av förvrängt jetmaterial (rosa). Kredit:Hubble och Chandra Bild:NASA, ESA, CXC, STScI, och B. McNamara (University of Waterloo); Very Large Array Telescope Bild:NRAO, och L. Birzan och team (Ohio University); Simulerade data:M. A. Bourne (University of Cambridge)
Dr. Martin Bourne från Institute of Astronomy i Cambridge ledde teamet. Han kommenterade:"Vi har utvecklat nya beräkningstekniker, som utnyttjar den senaste högpresterande datortekniken, att för första gången modellera jetloberna med mer än en miljon element i fullt realistiska kluster. Detta tillåter oss att placera de fysiska processerna som driver frigörandet av jetenergin under mikroskopet."
När galaxer rör sig i klustret, simuleringen visar att de skapar ett slags "väder, " rör på sig, deformerar och förstör de heta gasloberna som finns i slutet av svarta håls jetstrålar. Jetloberna är enormt kraftfulla och om de störs, leverera enorma mängder energi till ICM.
Cambridge-teamet tror att denna klusterväderstörningsmekanism kan lösa ett bestående problem:att förstå varför ICM-gas inte kyls och bildar stjärnor i klustrets centrum. Detta så kallade "kylande flöde"-pussel har plågat astrofysiker i mer än 25 år.
De genomförda simuleringarna ger en lockande ny lösning som skulle kunna lösa detta problem. Dr Bourne kommenterade:"Kombinationen av de enorma energierna som pumpas in i jetloberna av det supermassiva svarta hålet och klustervädrets förmåga att störa loberna och omfördela denna energi till ICM ger en enkel och ändå elegant mekanism för att lösa kylningen flödesproblem."
En serie av nästa generations röntgenrymdteleskop kommer att skjutas upp i omloppsbana under det kommande decenniet. Dessa avancerade instrument borde hjälpa till att lösa debatten – och om intergalaktiskt väder verkligen stoppar födelsen av stjärnor.
