Genom att använda de unika funktionerna hos NASA:s Hubble Space Telescope, ett team av astronomer ledda av Virginia Techs Nahum Arav har upptäckt de mest energiska utflöden som någonsin setts i universum.

Utflödena härrör från kvasarer och river över det interstellära rymden som liknar tsunamis på jorden, orsakar förödelse på galaxerna där kvasarerna finns. Kvasarer är de lysande, kompakta kärnor av avlägsna galaxer som kan lysa 1, 000 gånger ljusare än deras värdgalaxer med hundratals miljoner stjärnor. Deras centrala motorer är supermassiva svarta hål som är fulla av infallande damm, gas, och stjärnor, sa Arav, professor vid institutionen för fysik, del av Virginia Tech College of Science.

Kvasarer skapas när ett svart hål slukar materia, sänder därför ut intensiv strålning. Drivs av det blåsande strålningstrycket från det svarta hålet, hjärnskakande explosioner trycker bort material från galaxens centrum till utflöden som accelererar till hisnande hastigheter som är några procent av ljusets hastighet, sa Arav.

"Dessa utflöden är avgörande för förståelsen av galaxbildningen, ", sa Arav. "De pressar hundratals solmassor av material varje år. Mängden mekanisk energi som dessa utflöden bär är upp till flera hundra gånger högre än ljusstyrkan i hela Vintergatans galax."

Resultaten visas i marsnumret av Astrophysical Journal Supplements . Aravs forskargrupp inkluderar postdoktorn Timothy Miller och doktoranden Xinfeng Xu, båda från Virginia Tech, samt Gerard Kriss och Rachel Plesha från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.

Kvasarvindarna sprider sig över galaxens skiva, våldsamt svepande material som annars skulle ha bildat nya stjärnor. Strålning driver gasen och dammet långt längre än forskare tidigare trott, skapa en galaxomfattande händelse, enligt studien.

När denna kosmiska tsunami slår in i interstellärt material, dess temperatur stiger till miljarder grader, där material till stor del lyser i röntgenstrålar, men också brett över ljusspektrumet. Alla som bevittnar denna händelse skulle se en fantastisk fyrverkeripjäs. "Du kommer att få mycket strålning först i röntgenstrålar och gammastrålar, och efteråt kommer det att tränga in i synligt och infrarött ljus, " sa Arav. "Du skulle få en enorm ljusshow, som julgranar över hela galaxen."

Numerisk simulering av galaxens evolution tyder på att sådana utflöden kan förklara några viktiga kosmologiska pussel, som varför astronomer observerar så få stora galaxer i universum och varför det finns ett samband mellan galaxens massa och massan av dess centrala svarta hål. Denna studie visar att sådana kraftfulla kvasarutflöden borde vara vanliga i det tidiga universum.

"Både teoretiker och observatörer har vetat i årtionden att det finns någon fysisk process som stänger av stjärnbildning i massiva galaxer, men karaktären av den processen har varit ett mysterium. Att lägga de observerade utflödena i våra simuleringar löser dessa utestående problem i galaktisk evolution, sade Jeremiah P. Ostriker, en framstående kosmolog vid universiteten i Columbia och Princeton. (Ostriker var inte involverad i denna studie.)

Förutom att mäta de mest energiska kvasarerna som någonsin observerats, teamet upptäckte också ett annat utflöde som accelererade snabbare än något annat. Utflödet ökade från nästan 43 miljoner miles per timme till ungefär 46 miljoner miles per timme under en treårsperiod. Forskarna tror att dess acceleration kommer att fortsätta att öka med tiden.

"Det fanns så många upptäckter i data att jag kände mig som ett barn i en godisbutik, ", tillade Miller.

Astronomer kunde klocka den rasande hastigheten hos gas som accelereras av kvasarvinden genom att titta på spektrala "fingeravtryck" av ljus från den glödande gasen. Hubbles ultravioletta data visar att dessa absorptionsegenskaper förändrades i spektrumet på grund av gasens snabba rörelse över rymden. Detta beror på dopplereffekten, där ett föremåls rörelse komprimerar eller sträcker ut våglängder av ljus beroende på om det närmar sig eller drar sig tillbaka från oss. Endast Hubble har ultraviolett känslighet för att få de nödvändiga observationerna som leder till denna upptäckt, enligt NASA.