Astronomer har fundet et supermassivt sort hul (SMBH) med en usædvanlig regelmæssig fodringsplan. Behemoth er en aktiv galaktisk kerne (AGN) i hjertet af Seyfert 2-galaksen GSN 069. AGN er omkring 250 millioner lysår fra Jorden og indeholder ca. 400.000 gange solens masse.
Teamet af astronomer brugte ESAs XMM-Newton og NASAs Chandra røntgenobservatorium for at observere røntgenemissionerne fra SMBH. Cirka hver 9. time fakler det sorte hul lyst med røntgenstråler, når der trækkes materiale ind i det. Astronomer har fundet to andre stjernemasse sorte huller, der blusser regelmæssigt, mens de fodres, men denne form for regelmæssighed i et supermassivt sort hul er aldrig blevet set før.
”Dette sorte hul er på en måltidsplan, som vi aldrig har set før.”
Giovanni Miniutti, hovedforfatter, ESA Center for Astrobiology, Spain.
Papiret, der skitserer denne opdagelse, er offentliggjort i Nature og har titlen "Ni timers røntgenstråler, kvasi-periodiske udbrud fra en lavmasse galaktisk kerne i sort hul." Ledende forfatter er Giovanni Miniutti fra ESA's Center for Astrobiology i Spanien. Ifølge papiret bruger SMBH cirka fire måner værd af materiale tre gange hver dag. Det betyder, at hver gang det sorte hul fodres, bruger det omkring en million milliarder milliarder pund materiale.
"Dette sorte hul er på en måltidsplan, som vi aldrig har set før," sagde Miniutti i en pressemeddelelse. ”Denne opførsel er så hidtil uset, at vi var nødt til at mønte et nyt udtryk for at beskrive det:” Røntgen-kvasi-periodiske udbrud ”.”
Røntgenemissioner fra denne SMBH er kendt og observeret siden juli 2010, men de var stabile. Den nye artikel er baseret på 54 dages observationer, der begynder i december 2018, begynder med ESAs XMM-Newton Observatorium. Observatoriet opdagede to bursts den 24. december. I januar fandt XMM-Newton tre yderligere af disse regelmæssige bursts.
Derefter anmodede astronomer om mere observationstid med NASAs Chandra-observatorium for at undersøge. Chandra observerede yderligere fem af disse begivenheder. I løbet af de nuværende regelmæssige udbrud øges røntgenstrålingsaktiviteten med to størrelsesordener over baggrundens røntgenemission. Hver fakkel varer lidt over en time og forekommer hver ni time.
"Ved at kombinere data fra disse to røntgenobservatorier har vi sporet disse periodiske udbrud i mindst 54 dage" sagde medforfatter Richard Saxton fra European Space Astronomy Center i Madrid, Spanien. ”Dette giver os en unik mulighed for at se strømmen af stof ind i et supermassivt sort hul gentagne gange fremskynde og bremse.”
Under hver af disse udbrud er røntgenstråling 20 gange lysere end i stille perioder. Temperaturen på den faldende gas stiger også. Det stiger fra ca. 1 million grader Fahrenheit i mere støjsvage perioder til 2,5 millioner grader Fahrenheit under fakkel. Den højere temperatur er omtrent den samme som temperaturen på gas omkring de fleste SMBH'er, der aktivt vokser.
Årsagen til disse regelmæssige blusser er ukendt. Den varme gas på 2,5 millioner grader F. omkring GSN 069 er den samme temperatur som gas, der omgiver andre SMBH'er. Det er et mysterium, fordi det simpelthen er for varmt til at være fra den faldende disk af materiale, der omgiver sorte huller. Men GSN 069 er en unik mulighed for at studere fænomenet, fordi den varme gas gentagne gange dannes og derefter forsvinder.
Normalt er denne varme gas forårsaget af, at en stjerne rives i stykker og forbruges af et sort hul, eller sådan tror astronomer. Men den regelmæssighed, der udstilles af GSN 069, er et mysterium.
”Vi tror, at oprindelsen af røntgenemissionen er en stjerne, som det sorte hul delvist eller fuldstændigt er revet fra hinanden og langsomt fortærer lidt efter lidt,” sagde medforfatter Margherita Giustini, også fra ESAs Center for Astrobiology. ”Men hvad angår de gentagne bursts, er dette en helt anden historie, hvis oprindelse skal studeres med yderligere data og nye teoretiske modeller.”
Igen er det intet nyt at se et supermassivt sort hul indtage gas fra en stjerne. Det er regelmæssigheden i GSN 069's fakkel, der er head-scratcher. Forfatterne af undersøgelsen foreslår to mulige forklaringer til SMBHs regelmæssige fodringsplan:
- Mængden af energi på disken bygger sig op, indtil den bliver ustabil og materie hurtigt falder ned i det sorte hul, der producerer bursts. Denne cyklus gentager sig.
- Der er en interaktion mellem disken og en sekundær krop, der kredser rundt om det sorte hul, måske resten af den delvist forstyrrede stjerne.
Takket være Chandra-observationer ved teamet af videnskabsmænd, at kilden til de udbredte røntgenstråler er lige i hjertet af GSN 069. Det er her, en SMBH forventes at være. De kombinerede data fra Chandra og XMM-Newton viser også tydeligt, at faklingen, skønt regelmæssig, langsomt ændrer sig: både størrelsen og varigheden af det sorte huls "måltider" er faldet lidt, og rummet mellem hvert måltid vokser. Det er op til fremtidige observationer at se, om disse tendenser fortsætter.
GSN 069 er på den lille side for en SMBH. Normalt indeholder en SMBH så meget masse som flere millioner eller endda flere milliarder solskygge, mens GSN 069 kun indeholder ca. 400.000 solskudsmasse. Det kan hjælpe med at forklare, hvorfor denne type regelmæssig fodring ikke er set før.
For større SMBH'er, meget større end denne, er deres lysstyrkeudsving meget langsommere. I stedet for at bryde ud hver ni time, bør det tage dem måneder eller endda år at blusse op sådan. Det ville forklare, hvorfor kvasi-periodiske udbrud (QPE) som disse ikke blev observeret. Røntgenobservatorier er travlt, og der er ingen måde at træne en på et enkelt mål så længe.
Der har været flere tilfælde, hvor der er observeret store stigninger eller fald i røntgenstråler produceret af sorte huller. Disse observationer var afhængige af gentagne observationer over måneder eller endda år. Nogle af disse ændringer er for hurtige til at blive forklaret af standardteorien om faldende stof fra et sort huls akkretionsdisk. Men denne opdagelse kunne forklare disse observationer. De oplever muligvis lignende opførsel som GSN 069.
Mere:
- Pressemeddelelse: Forskere opdager, at sort hul har tre varme måltider om dagen
- Forskningsartikel: Ni timers røntgenstråler, kvasi-periodiske udbrud fra en galaktisk kerne med lav masse i sort hul
- Wikipedia: Aktiv galaktisk kerne
