Astronomer har upptäckt ett av de mest kraftfulla utbrotten från ett svart hål som någonsin registrerats. Denna megaexplosion för miljarder år sedan kan hjälpa till att förklara bildandet av ett slående mönster av stjärnhopar runt två massiva galaxer, som liknar pärlor på ett snöre.
Denna upptäckt gjordes i systemet känt som SDSS J1531+3414 (förkortat SDSS J1531), som ligger 3,8 miljarder ljusår från jorden. Flera teleskop användes för denna studie, inklusive NASA:s Chandra X-ray Observatory och Low Frequency Array (LOFAR), ett radioteleskop.
SDSS J1531 är en massiv galaxhop som innehåller hundratals individuella galaxer och enorma reservoarer av het gas och mörk materia. I hjärtat av SDSS J1531 kolliderar två av klustrets största galaxer med varandra.
Runt dessa sammanslagna jättar finns en uppsättning av 19 stora hopar av stjärnor, kallade superkluster, arrangerade i en "S"-formation som liknar pärlor på ett snöre. Ett team av astronomer använde röntgen, radio och optisk data för att reda ut hur denna ovanliga kedja av stjärnhopar sannolikt bildades.
Deras upptäckt av bevis för ett forntida titanutbrott i SDSS J1531 gav en viktig ledtråd. Utbrottet inträffade sannolikt när det supermassiva svarta hålet i centrum av en av de stora galaxerna producerade en extremt kraftfull jet. När strålen rörde sig genom rymden tryckte den bort den omgivande heta gasen från det svarta hålet, vilket skapade en gigantisk hålighet.
Osase Omoruyi, som ledde studien vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, jämförde att hitta denna hålighet med att gräva fram ett nedgrävt fossil. "Vi tittar redan på detta system som det fanns för fyra miljarder år sedan, inte långt efter att jorden bildades," sa hon. "Denna antika hålighet, ett fossil av det svarta hålets effekt på värdgalaxen och dess omgivningar, berättar om en nyckelhändelse som inträffade nästan 200 miljoner år tidigare i klustrets historia."
Bevisen för en kavitet kommer från "vingar" av ljus röntgenstrålning, sett med Chandra, spårande tät gas nära centrum av SDSS J1531. Dessa vingar utgör kanten av kaviteten, och den mindre täta gasen däremellan är en del av kaviteten. LOFAR visar radiovågor från resterna av jetplanets energirika partiklar som fyller i det gigantiska hålrummet. Tillsammans ger dessa data övertygande bevis på en uråldrig, massiv explosion.
Astronomerna upptäckte också kall och varm gas belägen nära öppningen av kaviteten, detekterad med Atacama Large Millimeter och submillimeter Array (ALMA) respektive Gemini North Telescope. De hävdar att en del av den heta gasen som trycktes bort från det svarta hålet så småningom kyldes för att bilda kall och varm gas. Teamet tror att tidvatteneffekter från de två sammanslagna galaxerna komprimerade gasen längs krökta banor, vilket ledde till att stjärnhoparna bildades i mönstret "pärlor på ett snöre".
"Vi har rekonstruerat en trolig sekvens av händelser i detta kluster som inträffade över ett stort antal avstånd och tider. Det började med att det svarta hålet var en liten bråkdel av ett ljusår tvärs över och bildade en hålighet nästan 500 000 ljusår bred, " sa medförfattaren Grant Tremblay, också från CfA. "Denna enstaka händelse satte igång bildandet av de unga stjärnhoparna nästan 200 miljoner år senare, var och en några tusen ljusår i diameter."
Omoruyi och hennes kollegor ser bara radiovågor och ett hålrum från en jet, men svarta hål avfyrar vanligtvis två jets i motsatta riktningar. Teamet har observerat radiostrålning längre bort från galaxerna som kan vara resterna från en andra jet, men den är inte associerad med en upptäckt hålighet. De antar att radio- och röntgensignalerna från det andra utbrottet kan ha bleknat till den grad att de inte går att upptäcka.
"Vi tror att våra bevis för detta enorma utbrott är starka, men fler observationer med Chandra och LOFAR skulle slå fast fallet", sa Omoruyi. "Vi hoppas kunna lära oss mer om ursprunget till den hålighet vi redan har upptäckt och hitta den som förväntas på andra sidan av det svarta hålet."
Forskningen publiceras i The Astrophysical Journal .
Mer information: Osase Omoruyi et al, "Beads-on-a-string" stjärnformation knuten till ett av de mest kraftfulla aktiva galaktiska kärnutbrotten som observerats i ett galaxkluster med cool kärna, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad1101
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift , arXiv
Tillhandahålls av Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
