Vi kan inte se dem direkt, men vi vet att de finns där. Supermassiva svarta hål (SMBH) bor sannolikt i mitten av varje stor galax. Deras överväldigande gravitation drar material mot dem, där det samlas i en ackretionsskiva och väntar på sin tur att korsa händelsehorisonten till glömska.
Men i en galax har SMBH kvävts av sin måltid och spottat ut den, skickat iväg material i höga hastigheter och rensat ut hela grannskapet.
Vi har vetat att det finns något i hjärtat av stora galaxer sedan början av 1960-talet när astronomer upptäckte en oförklarlig radiokälla i mitten av en gigantisk elliptisk galax. Astronomer trodde att det var en stjärna, men dess spektrum var inte vettigt. Och eftersom det var så långt borta, cirka 2,4 miljarder ljusår bort, betydde det att det avgav energi från hundratals galaxer. Hastigheten för ljuset som sänds ut av objektet varierade, och termen kvasar (kvasi-stjärnobjekt) skapades för att beskriva det.
Fler kvasarer upptäcktes under de följande åren, och så småningom insåg astronomer att gas som faller in i ett massivt kompakt föremål kunde skapa det de såg. Fler studier visade att gasen bildar en roterande skiva runt föremålet, en så kallad ackretionsskiva. Astronomer observerade också stjärnor som rörde sig konstigt nära galaxernas centrum, och endast ett massivt föremål kunde förklara deras hastigheter och rörelser.
På 1970-talet trodde astronomer att det fanns ett av dessa massiva föremål i Vintergatans centrum. 1974 upptäckte astronomer den och gav den namnet Sagitarrius A-stjärna. Så småningom visade fler och fler bevis att de flesta, om inte alla, stora galaxer har SMBHs i centrum. Nu förstår vi kopplingen mellan ansamlingsskivan, det svarta hålet och aktiva galaktiska kärnor (AGN), som är svarta hål som aktivt förbrukar material och sänder ut massor av strålning.
Så detta är vår nuvarande bild av SMBHs. De är massiva kompakta objekt som lurar i galaxernas centrum. De kan ha hundratals miljoner, till och med miljarder, solmassor. SMBHs drar material mot dem och materialet samlas i en ackretionsskiva. Skivan värms upp och avger strålning, och trassliga magnetfält gör att astrofysiska jetstrålar skjuter ut från polerna.
Inte allt material i ackretionsskivan tar sig förbi händelsehorisonten. SMBH:er förbrukar bara en bråkdel av skivmaterialet. När de väl når Eddington-gränsen skickas resten tumlande ut i rymden och drar med sig en del av gasen i det galaktiska centrumet.
Astronomer har upptäckt en avlägsen SMBH i galaxen Markarian 817 som har brutit den här bilden. Bortom en SMBH:s ackretionsskiva bildar neutral gas och damm en torus. I samma region finns moln av interstellär stjärnbildande gas strax utanför SMBH:s gravitationsräckvidd. Den avlägsna SMBH skickade så mycket material från skivan ut i rymden med hög hastighet att den rensade ut all gas i regionen. Den där kvävda stjärnbildningen i det galaktiska centrumet.
Upptäckten presenteras i ny forskning i The Astrophysical Journal Letters . Den har titeln "Häfsad feedback i en obscured, Sub-Eddington State of the Seyfert 1.2 Markarian 817." Huvudförfattare är Miranda Zak, en forskare vid University of Michigan.
Astronomer har hittat SMBH som driver bort material från sina galaktiska centra tidigare. De kallar denna "svarta hålsvind" och de har upptäckt det runt extremt ljusa ackretionsskivor som har nått gränsen för hur mycket material de kan samla. Det svarta hålsvinden kastar överskottsmaterialet ut i rymden.
Men i Markarian 817 är skivan inte särskilt ljusstark. Det betyder att den inte bör vara vid Eddington-gränsen eller massackumuleringsgränsen. Det är bara "snack" enligt ett pressmeddelande som tillkännager upptäckten.
"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 vid en lägre effektinställning, men det genererades fortfarande otroligt energiska vindar." sa studiens medförfattare Miranda Zak.
I vetenskapliga termer kallas dessa vindar för ultrasnabba utflöden (UFO.) UFO:n har hastigheter på många miljoner miles per timme, och astronomer har funnit att de kommer från ackretionsskivor som har nått sina Eddington-gränser. Men det här är annorlunda.
"UFO:n detekteras ofta vid eller över Eddington-gränsen; detta resultat signalerar att svarta håls ansamling har potential att forma värdgalaxer även vid blygsamma Eddington-fraktioner", skriver författarna i sin forskning.
Anhopning av svarta hål och de resulterande UFO:n kan släcka stjärnbildning nära det galaktiska centrumet genom att blåsa bort all gas. Den kraftiga vinden bär också bort SMBH:s bränsle, och utan ny gas för att mata dess accretionskiva avger den mycket mindre ljus.
"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 aktiv stat antyder att svarta hål kan omforma sina värdgalaxer mycket mer än man tidigare trott", tillade medförfattaren Elias Kammoun, en astronom vid Roma Tre University i Italien.
Flera teleskop och observatorier bidrog till denna upptäckt. När material i en accretionskiva värms upp avger det röntgenstrålar. Men när forskare observerade Markarian 817 med NASA:s Swift-observatorium var röntgenstrålarna nästan oupptäckbara. "Röntgensignalen var så svag att jag var övertygad om att jag gjorde något fel!" utbrast huvudförfattaren Miranda Zak.
Men Swift är inte vårt bästa röntgenobservatorium. Så astronomerna vände sig till ESA:s XMM-Newton röntgenobservatorium. Dessa observationer visade att Markarian 817:s UFO blockerade röntgenstrålar från SMBH:s korona, hålets omedelbara omgivning. Ett annat röntgenobservatorium, NASA:s NuSTAR-teleskop, bekräftade dessa observationer:röntgenstrålarna var där, bara mörka.
Markarian 817:s UFO varade bara i ungefär ett år. Men under den tiden omformade den galaxens centrum. Denna studie visar i tydlig detalj hur svarta hål och deras värdgalaxer formar varandra och har kraftfulla effekter på varandras utveckling.
Studien belyser också varför vissa galaktiska centra, inklusive Vintergatans, inte uppvisar mycket aktiv stjärnbildning. SMBHs i deras centra har blåst bort den stjärnbildande gasen. Men detta kan bara hända om UFO:t är både tillräckligt kraftfullt och tillräckligt långvarigt.
SMBH-tillväxt och feedback, och hur den formar galaxen som är värd för den, är något astrofysiker är angelägna om att lära sig mer om. I det här fallet spelade ESA:s XMM-Newton en avgörande roll för att fastställa vad som pågick i Markarian 817.
Norbert Schartel är projektforskare för XMM-Newton. Även om det inte är en del av denna forskning direkt, talade Schartel om hur viktigt XMM-Newton är för att dechiffrera vad som händer nära SMBHs.
"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," sa Schartel.
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 Universe Today
