Forskarna Juan A. Fernández-Ontiveros, av Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) i Rom och Teo Muñoz-Darias, av Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), har skrivit en artikel där de beskriver de olika aktivitetstillstånden för ett stort urval av supermassiva svarta hål i galaxernas centrum. De har klassificerat dem genom att använda beteendet hos deras närmaste "relationer", stjärnmassans svarta hål i röntgenbinärer. Artikeln har precis publicerats i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society ( MNRAS ).

Svarta hål varierar i massa från objekt som bara har ett fåtal gånger solens massa upp till de med tusentals miljoner solmassor. Att förstå deras aktivitetscykler ur ett globalt perspektiv har varit föremål för forskning i decennier. De med stjärnmassa finns i binära system tillsammans med en medföljande stjärna från vilken de suger ut den gas som de behöver för att upprätthålla sin aktivitet, medan den supermassiva sorten finns i centrum av de flesta galaxer och de livnär sig på gasen, damm, och stjärnor som faller ner i gravitationsbrunnen i den galaktiska kärnan.

Stjärnmassans svarta hål utvecklas snabbt. Deras aktivitetscykler varar vanligtvis några månader eller år, då de passerar genom olika tillstånd, eller faser. Dessa kännetecknas av förändringar i egenskaperna hos deras ansamlingsskivor (där den heta gasen ackumuleras innan den faller in i det svarta hålet), deras vindar, och de strålar av material som de producerar. Det finns två huvudstater, den första som domineras av accretion-skivan, och den andra av jetplanen. Det "mjuka" tillståndet noteras av den termiska emissionen från skivans plasma, medan strålen observeras i det "hårda" tillståndet, när skivan svalnar, och emissionen vid radiovåglängder blir mycket intensiv.

Eftersom de är mycket mer massiva, de supermassiva svarta hålen utvecklas mycket långsammare än deras ekvivalenter med stjärnmassa. Så, att visa närvaron av tillstånd och övergående fenomen i dessa skulle innebära att man observerar dem i miljontals år, eftersom förändringarna under en mänsklig livstid skulle vara för små att mäta. Dessutom, galaxernas kärnor är regioner med täta populationer av stjärnor, och absorptionen av ljus av väte och damm maskerar och döljer strålningen från ackretionsskivan runt det centrala svarta hålet.

I den här studien har Fernández-Ontiveros och Muñoz-Darias använt ett urval av 167 aktiva galaxer för att kunna identifiera möjliga ackretionstillstånd för supermassiva svarta hål med bra statistik. Emissionen från accretionskivan kan inte detekteras direkt, men gasen i det centrala området absorberar och bearbetar strålningen i form av spektrallinjer. Med hjälp av linjerna av syre och neon, som observeras i mittinfraröda, det är möjligt att testa förekomsten av skivan i dessa objekt. "Studien visar närvaron av ackretionstillstånd i supermassiva svarta hål, med egenskaper som mycket liknar dem vi känner från stjärnmassornas svarta hål, där systemen i det "mjuka" tillståndet har en ljus skiva, och de i "hårt" tillstånd visar intensiva radioutsändningar medan skivan är mycket svag", förklarar Juan A. Fernández-Ontiveros, en INAF-forskare som utbildats vid IAC.

"Detta arbete öppnar ett nytt fönster för att förstå beteendet hos material (gas) när det faller in i svarta hål med ett brett spektrum av massor, och hjälper en mer exakt förståelse av aktivitetscyklerna för de supermassiva svarta hålen som finns i centrum av de flesta galaxer", tillägger Teo Muñoz-Darias, en forskare vid IAC.

Figuren illustrerar hur populationen av aktiva Seyfert-1-galaxer vanligtvis domineras av emissionen från ackretionsskivan ('mjukt' tillstånd), medan populationen av LINERs är mycket mindre lysande och domineras av jetstrålar ('hårt' tillstånd), som sänder ut intensivt i radiovågor. Seyfert-2 galaxerna, å andra sidan, visar inte ett homogent beteende och medan en bra del beter sig på ett liknande sätt som Seyfert-1, en stor grupp av dem är belägna i mellanliggande tillstånd. De senare observeras också i stjärnsvarta hål under korta tidsperioder.