De nyupptäckta massiva svarta hålen finns i dvärggalaxer, där deras strålning konkurrerar med ljuset från många unga stjärnor. Kredit:NASA &ESA/Hubble, konstnärlig uppfattning om svart hål med jet av M. Polimera.
Ett team ledd av forskare vid University of North Carolina i Chapel Hill har hittat en tidigare förbisedd skattkammare av massiva svarta hål i dvärggalaxer. De nyupptäckta svarta hålen ger en inblick i livsberättelsen om det supermassiva svarta hålet i mitten av vår egen Vintergatans galax.
Som en gigantisk spiralgalax tros Vintergatan ha byggts upp från sammanslagningar av många mindre dvärggalaxer. Till exempel är de magellanska molnen som ses på den södra himlen dvärggalaxer som kommer att smälta samman i Vintergatan. Varje dvärg som faller in kan ta med sig ett centralt massivt svart hål, tio eller hundratusentals gånger massan av vår sol, potentiellt avsett att sväljas av Vintergatans centrala supermassiva svarta hål.
Men hur ofta dvärggalaxer innehåller ett massivt svart hål är okänt, vilket lämnar en viktig lucka i vår förståelse av hur svarta hål och galaxer växer ihop. Ny forskning publicerad i Astrophysical Journal hjälper till att fylla denna lucka genom att avslöja att massiva svarta hål är många gånger vanligare i dvärggalaxer än man tidigare trott.
"Det här resultatet fick mig verkligen att bli förbannad eftersom dessa svarta hål tidigare gömde sig i sikte", säger Mugdha Polimera, huvudförfattare till studien och en doktorsexamen från UNC-Chapel Hill. studerande.
Skicka blandade meddelanden
Svarta hål upptäcks vanligtvis när de aktivt växer genom att inta gas och stjärndamm som virvlar runt dem, vilket får dem att lysa intensivt.
UNC-Chapel Hill Professor Sheila Kannappan, Polimeras Ph.D. rådgivare och medförfattare till studien, jämförde svarta hål med eldflugor.
"Precis som eldflugor ser vi svarta hål bara när de är upplysta - när de växer - och de upplysta ger oss en ledtråd om hur många vi inte kan se."
Problemet är att medan växande svarta hål lyser med distinkt högenergistrålning, kan unga nyfödda stjärnor det också. Traditionellt har astronomer särskiljt växande svarta hål från ny stjärnbildning med hjälp av diagnostiska tester som förlitar sig på detaljerade egenskaper hos varje galaxs synliga ljus när det sprids ut i ett spektrum som en regnbåge.
Vägen till upptäckt började när studenter som arbetade med Kannappan försökte tillämpa dessa traditionella test på galaxundersökningsdata. Teamet insåg att några av galaxerna skickade blandade meddelanden - två test skulle indikera växande svarta hål, men ett tredje skulle bara indikera stjärnbildning.
"Tidigare arbete hade just avvisat tvetydiga fall som dessa från statistisk analys, men jag hade en aning om att de kan vara oupptäckta svarta hål i dvärggalaxer," sa Kannappan. Hon misstänkte att det tredje, ibland motsägelsefulla, testet var känsligare än de andra två för typiska egenskaper hos dvärgar:deras enkla elementära sammansättning (främst ursprungligt väte och helium från Big Bang) och deras höga hastighet att bilda nya stjärnor.
Studiens medförfattare Chris Richardson, en docent vid Elon University, bekräftade med teoretiska simuleringar att testresultaten med blandade budskap exakt matchade vad teorin skulle förutsäga för en ursammansättning, mycket stjärnbildande dvärggalax som innehåller ett växande massivt svart hål. "Det faktum att mina simuleringar stämde överens med vad Kannappan-gruppen fann gjorde mig upphetsad att utforska konsekvenserna för hur galaxer utvecklas," sa Richardson.
En folkräkning av växande svarta hål
Polimera antog utmaningen att konstruera en ny folkräkning av växande svarta hål, med uppmärksamhet på både traditionella och blandade budskapstyper. Hon fick publicerade mätningar av spektrala särdrag för synligt ljus för att testa för svarta hål i tusentals galaxer som hittades i två undersökningar ledda av Kannappan, RESOLVE och ECO. Dessa undersökningar inkluderar ultraviolett och radiodata som är idealiska för att studera stjärnbildning, och de har en ovanlig design:Medan de flesta astronomiska undersökningar väljer prover som gynnar stora och ljusa galaxer, är RESOLVE och ECO kompletta inventeringar av enorma volymer av dagens universum där dvärggalaxer är rikliga.
"Det var viktigt för mig att vi inte riktade vårt svarta håls sökning mot dvärggalaxer," sa Polimera. "Men när jag tittade på hela folkräkningen fann jag att den nya typen av växande svarta hål nästan alltid dök upp hos dvärgar. Jag blev förvånad över siffrorna när jag först såg dem."
Mer än 80 procent av alla växande svarta hål hon hittade i dvärggalaxer tillhörde den nya typen.
Resultatet verkade för bra. "Vi blev alla nervösa," sa Polimera. "Den första frågan som kom till mig var:Har vi missat ett sätt som enbart extrem stjärnbildning kan förklara dessa galaxer?" Hon ledde ett uttömmande sökande efter alternativa förklaringar som involverade stjärnbildning, modelleringsosäkerheter eller exotisk astrofysik. Till slut tvingades teamet dra slutsatsen att de nyligen identifierade svarta hålen var verkliga.
"Vi nyper oss fortfarande," sa Kannappan. "Vi är glada över att följa en miljon uppföljningsidéer. De svarta hålen vi har hittat är de grundläggande byggstenarna i supermassiva svarta hål som den i vår egen Vintergatan. Det finns så mycket vi vill lära oss om dem." + Utforska vidare
