Astronomer har avslöjat att ett lysande supermassivt svart hål inte lever upp till förväntningarna. Även om det är ansvarigt för höga nivåer av strålning och kraftfulla jetstrålar, är detta gigantiska svarta hål inte lika inflytelserik som många av dess motsvarigheter i andra galaxer.
En ny studie med hjälp av NASA:s Chandra X-ray Observatory tittade på den närmaste kvasaren till jorden som finns i ett kluster av galaxer. Kvasarer är en sällsynt och extrem klass av supermassiva svarta hål som rasande drar material inåt, producerar intensiv strålning och ibland kraftfulla jetstrålar. Denna nyligen studerade kvasar, känd som H1821+643, ligger cirka 3,4 miljarder ljusår från jorden och innehåller ett svart hål som väger cirka fyra miljarder gånger solens.
De flesta växande supermassiva svarta hål drar in material mindre snabbt än de i kvasarer. Astronomer har studerat effekterna av dessa vanligare svarta hål genom att observera dem i mitten av galaxhopar. Regelbundna utbrott från sådana svarta hål förhindrar att de enorma mängderna överhettad gas de är inbäddade i kyls ner, vilket begränsar hur många stjärnor som bildas i deras värdgalaxer och hur mycket bränsle som leds mot det svarta hålet.
Mycket mindre är känt om hur mycket inflytande kvasarer i galaxhopar har på sin omgivning.
"Vi har funnit att kvasaren i vår studie verkar ha avstått från mycket av den kontroll som påtvingats av långsammare växande svarta hål", säger Helen Russell från University of Nottingham i Storbritannien, som ledde den nya studien. "Det svarta hålets aptit matchas inte av dess inflytande."
För att nå denna slutsats använde teamet Chandra för att studera den heta gasen som H1821+643 och dess värdgalax är höljd i. De ljusa röntgenstrålarna från kvasaren gjorde det dock svårt att studera de svagare röntgenstrålarna från den heta gasen .
"Vi var tvungna att försiktigt ta bort röntgenbländningen för att avslöja vad det svarta hålets inflytande är", säger medförfattaren Paul Nulsen från Center for Astrophysics | Harvard och Smithsonian. "Vi kunde då se att det faktiskt har liten effekt på omgivningen."
Med hjälp av Chandra fann teamet att densiteten av gas nära det svarta hålet i mitten av galaxen är mycket högre och gastemperaturerna mycket lägre än i områden längre bort. Forskare förväntar sig att den heta gasen ska bete sig så här när det finns liten eller ingen energitillförsel (vilket vanligtvis kommer från utbrott från ett svart hål) för att förhindra att den heta gasen kyls ner och strömmar mot mitten av klustret.
"Det gigantiska svarta hålet genererar mycket mindre värme än de flesta andra i galaxhoparnas centrum", säger medförfattaren Lucy Clews vid Open University i Storbritannien. "Detta gör att den heta gasen snabbt kan svalna och bilda nya stjärnor, och även fungera som en bränslekälla för det svarta hålet."
Forskarna fastställde att het gas - motsvarande cirka 3 000 gånger solens massa per år - kyler till den grad att den inte längre är synlig i röntgenstrålar. Denna snabba nedkylning kan lätt tillhandahålla tillräckligt med material för de 120 solmassor av nya stjärnor som observeras att bildas i värdgalaxen varje år, och de 40 solmassorna som konsumeras av det svarta hålet varje år.
Teamet undersökte också möjligheten att strålningen från kvasaren direkt får klustrets heta gas att svalna. Detta innebär att fotoner av ljus från kvasaren kolliderar med elektroner i den heta gasen, vilket gör att fotonerna blir mer energiska och elektronerna förlorar energi och svalnar. Teamets studie visade att denna typ av kylning förmodligen förekommer i klustret som innehåller H1821+643 men är alldeles för svag för att förklara den stora mängden gaskylning som har setts.
"Även om det här svarta hålet kan vara underpresterande genom att inte pumpa värme till sin miljö, kommer det nuvarande tillståndet sannolikt inte att vara för evigt", säger medförfattaren Thomas Braben från University of Nottingham. "Så småningom borde det snabba bränsleintaget av det svarta hålet öka kraften hos dess jetstrålar och kraftigt värma gasen. Tillväxten av det svarta hålet och dess galax bör då drastiskt sakta ner."
En artikel som beskriver dessa resultat har godkänts i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society och är även tillgänglig på arXiv förtrycksserver.
Mer information: H. R. Russell et al, Ett kylflöde runt lågrödskiftande kvasar H1821+643, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.03022
Journalinformation: arXiv , Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av NASA
