Pressemeddelelse

Hvad aktiverer et supertungt sort hul?

Galaksesammenstød er ikke årsagen, selv i det tætpakkede, tidlige Univers

13. juli 2011

En ny undersøgelse, der kombinerer data fra ESO’s Very Large Telescope og ESA’s XMM-Newton røntgen-rumobservatorium, har givet et meget overraskende resultat. I de seneste 11 milliarder år er størstedelen af de kæmpestore sorte huller i midten af galakserne ikke som hidtil antaget blevet aktiveret af sammensmeltninger af galakser.

I hjertet af de fleste, hvis ikke alle, store galakser ligger et supertungt sort hul, der er flere millioner eller nogle gange flere milliarder gange tungere end Solen. I mange galakser, herunder vores egen galakse Mælkevejen, er det centrale sorte hul ikke aktivt. Men i nogle galakser, særligt tidligt i Universets historie [1], får dette centrale monster næring af materiale, der afgiver intens stråling, når det falder ind i det sorte hul.

Et uløst mysterium er, hvor materialet kommer fra, der aktiverer et sovende sort hul og starter voldsomme udbrud i de centrale dele af en galakse, så vi får en aktiv galaksekerne. Indtil nu har mange astronomer ment, at størstedelen af disse aktive kerner blev tændt, når to galakser smeltede sammen, eller når de passerede tæt forbi hinanden, og det forstyrrede materiale blev til brændstof for det centrale sorte hul. Nu er der imidlertid nye resultater, der peger på, at denne opfattelse kan være forkert i forhold til mange aktive galakser.

Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland) og et internationalt forskerhold fra COSMOS-samarbejdet [2] har studeret mere end 600 aktive galakser i detaljer på en grundigt undersøgt del af himlen, der kaldes COSMOS-feltet [3]. Som forventet fandt astronomerne ud af, at ekstremt klare aktive kerner er sjældne, mens størstedelen af de aktive galakser inden for de seneste 11 milliarder år kun er moderat klare. Men der var også en stor overraskelse: De nye data viser, at langt størsteparten af disse mere almindelige, mindre lysstærke aktive galakser ikke er blevet aktiveret af sammensmeltning af galakser [4]. Resultatet offentliggøres i tidsskriftet The Astrophysical Journal.

Aktive galaksekerner afsløres af røntgenstrålingen, der bliver udsendt fra området omkring det sorte hul. I den aktuelle undersøgelse blev røntgenstrålingen registreret af ESA’s XMM-Newton rumobservatorium. Galakserne med røntgenstråling blev efterfølgende observeret med ESO’s Very Large Telescope (VLT), der kunne måle afstanden til galakserne [5]. I kombination gav observationerne holdet mulighed for at lave et tredimensionelt kort, der viser, hvor de aktive galakser befinder sig.

”Det tog mere end fem år, men vi var i stand til at frembringe en af de største og mest komplette fortegnelser over aktive galakser på røntgenhimlen,” siger Marcella Brusa, en af forfatterne af undersøgelsen. 

Astronomerne anvendte det nye kort til at finde ud af, hvordan de aktive galakser er fordelt og sammenlignede dette med teoretiske forudsigelser. De kunne også se, hvordan fordelingen ændrede sig i takt med, at Universet blev ældre – hele vejen fra omtrent 11 milliarder år siden og næsten op til nutiden.

Holdet fandt ud af, at aktive galaksekerner for det meste findes i store, tunge galakser med masser af mørkt stof [6]. Det er kommet som en overraskelse og er ikke i overensstemmelse med de teoretiske forudsigelser – hvis de fleste aktive kerner var et resultat af sammensmeltninger af og sammenstød mellem galakser, var det forventet, at de ville blive fundet i galakser med moderat masse (omtrent en billion gange tungere end Solen). Holdet har opdaget, at de fleste aktive kerner befinder sig i galakser, der er omkring 20 gange tungere end forudsagt af sammensmeltningsteorierne.

”Disse nye resultater giver os en ny indsigt i, hvordan supertunge sorte huller tager hul på deres måltid,” siger Viola Alleveto, som er hovedforfatter af den nye undersøgelse. ”Det ser ud til, at sorte huller normalt bliver fodret af processer i galaksen selv, som for eksempel ustabilitet i skiven og udbrud af stjernedannelse, i modsætning til galaksesammenstød.”

Alexis Finoguenov, der har fulgt og vejledt undersøgelsen, siger afslutningsvis: ”Selv i den fjerne fortid, op til 11 milliarder år tilbage i tiden, er galaksesammenstød kun ansvarlige for en lille procentdel af de moderat lysstærke aktive galakser. På det tidspunkt var galakserne meget tættere på hinanden, så det formodes, at sammensmeltninger var mere hyppige end i nyere tid, så resultaterne er så meget desto mere overraskende.”

Noter

[1] De mest lysstærke aktive galakser var mest almindelige i Universet omkring tre til fire milliarder år efter Big Bang, og de mindre lysstærke objekter noget senere, med størst hyppighed omtrent otte milliarder år efter Big Bang.

[2] Den nye undersøgelse er baseret på to store europæiske astronomiske forskningsprogrammer: Kortlægning af COSMOS-feltet med XMM-Newton under ledelse af professor Günther Hasinger og ESO’s zCOSMOS under ledelse af professor Simon Lilly. Disse programmer er en del af COSMOS-initiativet, et international engagement for at undersøge en del af himlen ved hjælp af NASA/ESA’s rumteleskop Hubble, ESA’s XMM-Newton, NASA’s røntgen-rumteleskop Chandra, NASA’s infrarøde rumteleskop Spitzer samt observationer med ESO’s Very Large Telescope og andre jordbaserede faciliteter.

[3] COSMOS-feltet har et areal, der er omkring ti gange større end fuldmånens. Det ligger i stjernebilledet Sextans (på dansk Sekstanten). Området er blevet kortlagt med et utal af teleskoper ved forskellig bølgelængde, så en række studier og undersøgelser kan nyde godt af dette væld af data.

[4] Undersøgelser fra NASA/ESA’s rumteleskop Hubble, der blev offentliggjort sidste år (se heic1101), viser, at der ikke er nogen stærk sammenhæng mellem aktive galaksekerner og sammensmeltninger i et udvalg af relativt tætliggende galakser. Denne undersøgelse så omkring otte milliarder tilbage i tiden, men den nye undersøgelse skubber denne konklusion tre milliarder år længere tilbage til en tid, hvor galakserne var pakket endnu tættere sammen.

[5] Holdet benyttede en spektrograf på VLT til at brede det svage lys fra galakserne ud i dets forskellige farver. Omhyggelige analyser gav derefter mulighed for at bestemme rødforskydningen: Hvor meget lyset er blevet strakt ud som følge af Universets udvidelse, siden det blev udsendt fra galakserne og dermed hvor fjerne de er. Fordi lys rejser med en bestemt hastighed, fortæller dette os også hvor langt tilbage i tiden, vi ser disse fjerne objekter.

[6] Mørkt stof er en mystisk substans, der udgør en usynlig bestanddel i de fleste, hvis ikke alle, galakser (aktive eller ej) – også vores egen galakse Mælkevejen. Forfatterne har skønnet mængden af mørkt stof – hvilket er en indikator for galaksens samlede masse – ud fra fordelingen af galakser i den nye undersøgelse.

Mere information

Denne forskning bliver præsenteret i en videnskabelig artikel, der udkommer i tidsskriftet The Astrophysical Journal i juli 2011.

Holdet består af V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Tyskland og University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Italy og University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Mexico og University of California, San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland), J. B. James (University of California, Berkeley, USA and Københavns Universitet, Danmark), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Frankrig), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland og MPE), J. A. Peacock (University of California, Berkeley, USA), J. Silverman (University of Tokyo, Japan) og A. Comastri (INAF-OA).

ESO, det Europæiske Syd Observatorium, er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESO’s aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 40 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Den videnskabelige artikel
• Billeder af VLT
• Pressemeddelelse fra Hubble
• Zoom ind på COSMOS-feltet med Hubble

Kontakter

Dr Alexis Finoguenov
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Tel: +49 89 30000 3644
E-mail: alexis@mpe.mpg.de

Viola Allevato
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe
Garching, Germany
Tel: +49 89 3299 1558
E-mail: viola.allevato@ipp.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1124 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.