Lehdistötiedote

Mikä käynnistää supermassiivisen mustan aukon?

Galaksien törmäykset eivät ole syyllisiä, edes tupatentäydessä nuoressa maailmankaikkeudessa

13. heinäkuuta 2011

Uusi ESO:n VLT-teleskoopin ja ESA:n XMM-Newton -röntgensatelliitin aineistoa yhdistävä tutkimus on tuonut esille yllätyksen. Useimmat galaksien keskustoissa viimeisten 11 miljardin vuoden aikana olleet valtavat mustat aukot eivät käynnistyneet galaksien yhteensulautumisten seurauksena, kuten aikaisemmin ajateltiin.

Useimpien, jos ei kaikkien, suurten galaksien ytimessä väijyy supermassiivinen musta aukko, jonka massa on miljoonia tai joskus miljardeja kertoja suurempi kuin Auringon massa. Linnunratamme tavoin useissa galakseissa keskustan musta aukko on hiljainen. Mutta toisissa galakseissa, erityisesti maailmankaikkeuden varhaisessa historiassa [1], keskustan hirviö mässäilee materialla, joka säteilee rajusti syöksyessään mustaan aukkoon.

Yksi ratkaisematon arvoitus on, mistä tulee materia, joka käynnistää nukkuvan mustan aukon ja laukaisee galaksin ytimen aktiiviseksi muuttavat kiihkeät purkaukset. Tähän mennessä monet tähtitieteilijät ajattelivat useimpien tällaisten aktiivisten ytimien käynnistyneen kahden galaksin sulautuessa yhteen tai ohittaessa toisensa lähietäisyydeltä, jolloin häiriytynyt materia putoaisi keskustan mustan aukon polttoaineeksi. Uudet tulokset osoittavat kuitenkin tämän käsityksen vääräksi useissa aktiivisissa galakseissa.

Viola Allevato (Plasmafysiikan Max-Planck -instituutti; Excellence Cluster Universe, Garching, Saksa) ja kansainvälinen tutkijaryhmä COSMOS-yhteistyöryhmästä [2] ovat nyt tutkineet yksityiskohtaisesti yli kuuttasataa tällaista aktiivista galaksia COSMOS-kentäksi [3] kutsutussa erityisen tarkkaan kuvatussa taivaan alueessa. Odotusten mukaisesti tähtitieteilijät huomasivat, että erittäin kirkkaat aktiiviset ytimet ovat harvinaisia, kun taas pääosa viimeisten 11 miljardin vuoden aikaisista on maltillisen valovoimaisia. Mutta tässä piili yllätys: uusi aineisto osoitti, että suurin osa näistä yleisemmistä ja vähemmän kirkkaista galakseista, vaikka katsottaisiin hyvin kauas menneisyyteen, ei ole galaksien yhteensulautumisten seurausta [4]. Tulokset julkaistaan The Astrophysical Journal -julkaisusarjassa.

Aktiivisten ytimien olemassaolo paljastui ESA:n XMM-Newton -avaruusobservatorion havaitsemista mustien aukkojen ympäristöjen säteilemistä röntgensäteistä. Näitä galakseja havaittiin sitten ESO:n VLT-teleskoopilla, joka pystyi mittaamaan galaksien etäisyydet [5]. Yhdistettyjen havaintojen pohjalta ryhmä laati kolmiulotteisen kartan galaksien sijainneista.

"Se kesti yli viisi vuotta, mutta pystyimme tekemään yhden laajimmista ja täydellisimmistä röntgen-taivaan aktiivisten galaksien luetteloista," sanoo Marcella Brusa, yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Tähtitieteilijät voivat käyttää tätä uutta karttaa selvittääkseen kuinka aktiiviset galaksit ovat jakautuneet ja verrata tätä teorian tuottamiin ennustuksiin. He voivat myös nähdä kuinka jakauma on muuttunut maailmankaikkeuden ikääntyessä - aina 11 miljardin vuoden takaa tähän päivään asti.

Ryhmä totesi, että aktiiviset ytimet löytyvät useimmiten suurista, massiivisista ja paljon pimeää ainetta sisältävistä galakseista [6]. Tämä oli yllätys eikä sopinut yhteen teorioiden mukaisten ennustusten kanssa. Jos useimmat aktiiviset ytimet ovat galaksien yhteensulautumisten ja törmäysten seurausta, oli ennustettu, että niitä löytyisi keskikokoisista galakseista, joiden massa on noin tuhat miljardia Auringon massaa. Ryhmä huomasi, että useimmat aktiiviset ytimet ovat galakseissa, joiden massat ovat noin 20-kertaiset sulautumisteorian ennustamiin verrattuna.

"Nämä uudet tulokset antavat meille uuden käsityksen siitä, kuinka supermassiiviset mustat aukot aloittavat ateriointinsa," sanoo Viola Allevato, tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Ne osoittavat, että mustia aukkoja ruokkivat galaksin sisäiset prosessit, kuten kiekon epävakaudet ja kiivas tähtienmuodostus, galaksien törmäysten sijaan."

Työtä ohjannut Alexis Finoguenov vetää johtopäätöksen: "Jopa kaukaisessa menneisyydessä, 11 miljardiin vuoteen asti, galaksien törmäykset voivat selittää vain pienen osan keskikirkkaista aktiivisista galakseista. Siihen aikaan galaksit olivat lähempänä toisiaan, joten yhteensulautumisten oletettiin olevan paljon yleisempiä kuin viime aikoina. Täten uudet tulokset ovat sitäkin yllättävämpiä."

Lisähuomiot

[1] Kirkkaimmat aktiiviset galaksit olivat yleisimpiä maailmankaikkeudessa noin kolmesta neljään miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen ja vähemmän kirkkaat kohteet selvästi myöhemmin - ne olivat yleisimmillään noin kahdeksan miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

[2] Uusi tutkimus perustuu kahteen suureen eurooppalaiseen tähtitieteen tutkimushankkeeseen: XMM-Newtonin kartoitukseen COSMOS-kentästä, jota johtaa professori Günther Hasinger, ja ESO:n zCOSMOS-ohjelmaan, jota johtaa professori Simon Lilly. Nämä hankkeet ovat osa COSMOS-aloitetta, kansainvälistä tavoitetta tutkia osa taivasta NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskoopilla, ESA:n XMM-Newtonilla ja NASA:n Chandra-röntgenavaruusteleskoopilla, sekä NASA:n Spitzer -infrapuna-avaruusteleskoopilla ESO:n VLT-teleskoopin ja muiden maanpäällisten tutkimuslaitosten lisäksi.

[3] COSMOS-kenttä on noin kymmenen kertaa täyden kuun kokoinen alue Sekstantin tähdistössä (Sextans). Sitä on kartoitettu lukuisilla teleskoopeilla käyttäen erilaisia aallonpituuksia siten, että erilaiset tutkimusohjelmat voivat hyötyä tästä tiedon paljoudesta.

[4] Viime vuonna NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskoopilta julkaistu tutkimus (heic1101) osoitti, että aktiivisten galaksiytimien ja suhteellisen lähellä toisiaan olevien galaksien aineistojen välillä ei ollut vahvaa yhteyttä. Tutkimus katsoi noin kahdeksan miljardia vuotta menneisyyteen, mutta tämä uusi tutkimus työntää johtopäätöksen kolme miljardia vuotta kauemmas aikaan, jolloin galaksit olivat vielä tiiviimmin yhteen pakkautuneina.

[5] Tutkimusryhmä käytti VLT-teleskoopilla spektrografia hajauttaakseen galakseista tulevan vähäisen valomäärän osaväreihinsä. Huolellisella analyysillä ryhmä selvitti sitten punasiirtymän eli paljonko valo on venynyt maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta galakseista lähdettyään ja siten kuinka kaukana galaksit ovat. Tämä kertoo myös kuinka kaukana ajassa näemme nämä kaukaiset kohteet, koska valo kulkee äärellisellä nopeudella.

[6] Pimeä aine on salaperäistä materiaa, joka koostaa näkymättömän komponentin useimmissa, ellei peräti kaikissa, galakseissa (olivat ne aktiivisia tai eivät) - mukaanlukien omassa Linnunradassamme. Tutkimuksen kirjoittajat ovat uuden tutkimuksen galaksien jakaumasta arvioineet galaksien kokonaismassaa ilmaisevan pimeän aineen määrän.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin The Astrophysical Journal -julkaisusarjassa heinäkuussa 2011 ilmestyvässä julkaisussa.

Tutkimusryhmään kuuluvat: V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Saksa), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Saksa ja University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Italia ja University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Meksiko ja University of California at San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Saksa), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Saksa), J. B. James (University of California at Berkeley, USA ja Kööpenhaminan yliopisto, Tanska), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Ranska), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Saksa and MPE), J. A. Peacock (University of California at Berkeley, USA), J. Silverman (Tokion yliopisto, Japani) ja A. Comastri (INAF-OA).

ESO, Euroopan eteläinen observatorio, on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Hubble-julkaisu
• COSMOS-kenttää tarkasteleva video

Yhteystiedot

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

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

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

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media