Svarta hål är som temperamentsfulla småbarn. De spiller mat hela tiden, men ESA:s XMM-Newton har fångat ett svart hål när de "väder över bordet" under en annars civiliserad måltid.

Denna handling förhindrar galaxen som omger det svarta hålet från att bilda nya stjärnor, vilket ger oss insikt i hur svarta hål och galaxer samutvecklas.

I hjärtat av varje stor galax ligger ett supermassivt svart hål, vars enorma gravitation drar in gas från omgivningen. När gasen spiralerar inåt, hopar den sig i en platt "tillväxtskiva" runt det svarta hålet, där den värms upp och lyser upp. Med tiden passerar gasen närmast det svarta hålet no return och slukas upp.

Men svarta hål förbrukar bara en bråkdel av gasen som spiralerar mot dem. När en del omsluter ett svart hål kastas en del materia ut i rymden, ungefär som hur ett stökigt litet barn spiller ut mycket av det som ligger på tallriken.

I mer dramatiska avsnitt kommer ett svart hål att vända över hela middagsbordet:Gas i ansamlingsskivan slungas ut i alla riktningar med så höga hastigheter att den rensar ut den omgivande interstellära gasen. Detta berövar inte bara det svarta hålet på mat, utan det betyder också att inga nya stjärnor kan bildas över ett stort område, vilket förändrar galaxens struktur.

Fram till nu hade denna ultrasnabba "svarta hålsvind" bara detekterats från extremt ljusa ackretionsskivor, som är på gränsen för hur mycket materia de kan dra in. Den här gången upptäckte XMM-Newton ultrasnabb vind i en distinkt genomsnittlig galax som man kan säga var "bara småätande". Fyndet rapporteras i The Astrophysical Journal Letters .

"Du kan förvänta dig mycket snabba vindar om en fläkt var påslagen till sin högsta inställning. I galaxen vi studerade, kallad Markarian 817, var fläkten påslagen med en lägre effektinställning, men det genererades fortfarande otroligt energiska vindar." konstaterar forskaren Miranda Zak (University of Michigan), som spelade en central roll i denna forskning.

"Det är mycket ovanligt att observera ultrasnabba vindar, och ännu mindre vanligt att upptäcka vindar som har tillräckligt med energi för att ändra karaktären på sin värdgalax. Det faktum att Markarian 817 producerade dessa vindar i ungefär ett år, samtidigt som de inte var i en särskilt aktivt tillstånd, tyder på att svarta hål kan omforma sina värdgalaxer mycket mer än man tidigare trott", tillägger medförfattaren Elias Kammoun, astronom vid Roma Tre University, Italien.

Röntgenstrålar blockerade av vinden

Aktiva galaktiska centra skickar ut högenergiljus, inklusive röntgenstrålar. Markarian 817 stack ut för forskarna eftersom det gick fruktansvärt tyst. När hon observerade galaxen med hjälp av NASA:s Swift-observatorium, berättar Miranda:"Röntgensignalen var så svag att jag var övertygad om att jag gjorde något fel."

Uppföljningsobservationer med hjälp av ESA:s känsligare röntgenteleskop XMM-Newton avslöjade vad som verkligen hände:Ultrasnabba vindar som kom från ackretionsskivan fungerade som ett hölje och blockerade röntgenstrålningen som skickades ut från den omedelbara omgivningen. svart hål (kallas corona). Dessa mätningar backades upp av observationer gjorda med NASA:s NuSTAR-teleskop.

En detaljerad analys av röntgenmätningarna visade att mitten av Markarian 817, långt ifrån att skicka ut en enda "bloss" gas, producerade en byig storm över ett brett område i ansamlingsskivan. Vinden varade i flera hundra dagar och bestod av minst tre distinkta komponenter som var och en rörde sig med flera procent av ljusets hastighet.

Detta löser ett öppet pussel i vår förståelse av hur svarta hål och galaxerna runt dem påverkar varandra. Det finns många galaxer – inklusive Vintergatan – som verkar ha stora områden runt sina centrum där väldigt få nya stjärnor bildas. Detta kan förklaras av svarta hålsvindar som rensar ut den stjärnbildande gasen, men detta fungerar bara om vindarna är tillräckligt snabba, håller i sig tillräckligt länge och genereras av svarta hål med typiska aktivitetsnivåer.

"Många utestående problem i studien av svarta hål är en fråga om att uppnå upptäckter genom långa observationer som sträcker sig över många timmar för att fånga viktiga händelser. Detta belyser XMM-Newton-uppdragets främsta betydelse för framtiden. Inget annat uppdrag kan leverera kombination av dess höga känslighet och dess förmåga att göra långa, oavbrutna observationer", säger Norbert Schartel, ESA:s XMM-Newton-projektforskare.

Mer information: Miranda K. Zak et al, Fierce Feedback in an Obscured, Sub-Eddington State of the Seyfert 1.2 Markarian 817, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1407

Journalinformation: Astrophysical Journal Letters

Tillhandahålls av The Cyprus Planetarium