Lehdistötiedote

ALMA luotaa jättiläismäisten mustien aukkojen arvoituksellisia suihkuja

16. lokakuuta 2013

Kaksi kansainvälistä tähtitieteiljäryhmää on käyttänyt ALMAn (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) tehoa tutkiakseen galaksien keskustojen valtavien mustien aukkojen suihkuja ja havaitakseen kuinka ne vaikuttavat ympäristöönsä. He ovat vastaavasti saaneet tähän mennessä parhaan kuvan hiljaisen mustan aukon ympäristössä olevasta molekylaarisesta kaasusta ja taltioineet odottamattomasti pikaisen vilkaisun etäisen mustan aukon lähellä olevan voimakkaan suihkun juuresta.

Lähes kaikkien maailmankaikkeuden galaksien ytimissä on supermassiivinen musta aukko, jonka massa voi olla jopa useita miljardeja Auringon massoja. Myös oman galaksimme, Linnunradan keskustassa on musta aukko. Kaukaisessa menneisyydessä nämä omituiset kohteet olivat hyvin aktiivisia ja nielaisivat valtavia määriä materiaa ympäristöstään sekä loistivat häikäisevän kirkkaina. Ne sylkäisivät ulos pikkuruisia määriä tätä materiaa äärimmäisen voimakkaiden suihkujen välityksellä. Nykyisessä maailmankaikkeudessa useimmat supermassiiviset mustat aukot ovat paljon vähemmän aktiivisa kuin ne olivat nuoruudessaan, mutta suihkujen ja niiden ympäristön välinen vuorovaikutus muovaa yhä galaksien evoluutiota.

Kaksi uutta, tänään tutkimusjulkaisussa Astronomy & Astrophysics julkaistua tutkimusta käytti ALMAa luodatakseen mustien aukkojen suihkuja hyvin erilaisissa mittakaavoissa: läheistä ja suhteellisen hiljaista mustaa aukkoa galaksissa NGC 1433 ja hyvin kaukaista ja aktiivista kohdetta, jota kutsutaan nimellä PKS 1830-211.

"ALMA on paljastanut yllättävän spiraalirakenteen molekylaarisessa kaasussa lähellä NGC 1433:n keskustaa," sanoo Françoise Combes (Observatoire de Paris, Ranska) - ensimmäisen tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Tämä selittää kuinka materia virtaa ruokkimaan mustaa aukkoa. ALMAn uusien, tarkkojen havaintojen avulla olemme havainneet mustasta aukosta ulos virtaavan materian suihkun, joka ulottuu vain 150 valovuoden etäisyydelle. Tämä on pienin tällainen molekylaarinen virtaus, joka on milloinkaan havaittu Linnunradan ulkopuolisessa galaksissa."

Tämä keskustan mustasta aukosta tulevan suihkun mukanaan vetämä virtaus osoittaa
kuinka tällaiset suihkut voivat saada tähtienmuodostuksen keskeytymään ja kuinka ne ohjaavat galaksien keskuspullistumien kasvua [1].

Ivan Martí-Vidal (Chalmersin teknologinen korkeakoulu, Onsalan avaruusobservatorio, Onsala, Ruotsi) ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat myös kvasaarissa PKS 1830-211 supermassiivisen mustan aukon, jolla on suihku, mutta se on paljon kirkkaampi ja aktiivisempi varhaisessa maailmankaikkeudessa [2]. Se on epätavallinen koska sen kirkas valo kulkee massiivisen galaksin kautta matkallaan Maahan ja gravitaatiolinssi jakaa sen kahdeksi kuvaksi [3].

Ajoittain supermassiivinen musta aukko nielaisee yht'äkkiä valtavan määrän materiaa [4], mikä lisää suihkun voimakkuutta ja voimistaa säteilyn hyvin suuriin energioihin. ALMA on nyt lisäksi taltioinut sattumalta yhden näistä tapahtumista sen ollessa meneillään kvasaarissa PKS 1830-211.

"ALMAn havainto tässä tapauksessa mustan aukon ruokailua oli täydellisesti onnekas sattuma. Olimme havaitsemassa kvasaaria PKS 1830-211 muusta syystä, kun huomasimme hienovaraisia muutoksia gravitaatiolinssin aiheuttamien kuvien väreissä ja voimakkuudessa. Tarkastellessamme tarkemmin tätä odottamatonta käyttäytymistä päädyimme johtopäätökseen, että olimme havaitsemassa, ihan vain onnekkaan sattuman kautta, juuri oikeaan aikaan, kun tuoretta, uutta materiaa kulkeutui mustan aukon suihkun juureen." sanoo Sebastien Muller, toisen paperin kanssakirjoittaja.

Tutkimusryhmä tarkasti myös olisivatko muut teleskoopit taltoineet tämän rajun tapahtuman ja hämmästyivät huomatessaan hyvin selvän signaalin gammasäteissä, kiitos Fermi-LAT -satelliitin monitorointihavaintojen. ALMAn pitkien aallonpituuksien säteilyn voimistumisen aiheuttanut tapahtumasarja oli myös vastuussa suihkun valon dramaattisesta kirkastumisesta aina maailmankaikkeuden suurimpiin energioihin [5].

"Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen selvä yhteys gammasäteiden ja alimillimetrialueen radioaaltojen välillä on osoitettu tulevaksi mustan aukon suihkun varsinaisesta juuresta," lisää Sebastien Muller.

Kaksi uutta havaintoa ovat vain alku ALMAn tutkimuksille supermassiivisten mustien aukkojen suihkujen toiminnasta lähellä ja kaukana. Combesin tutkimusryhmä tutkii jo muita läheisiä aktiivisia galakseja ALMAa käyttäen ja ainutlaatuisen kohteen PKS 1830-211 odotetaan olevan paljon tulevien ALMAn ja muiden teleskooppien tutkimuksen kohteena.

"Meillä on yhä paljon opittavaa siitä kuinka mustat aukot voivat muodostaa näitä valtavia, energeettisiä materian ja säteilyn suihkuja," päättää Ivan Martí-Vidal. "Jopa ennen ALMAn valmistumista saadut uudet tulokset osoittavat kuitenkin, että se on ainutkertaisen tehokas työkalu näiden suihkujen tutkimiseen — ja tutkimukset ovat vasta alkamassa!"

Lisähuomiot

[1] Tämä prosessi saattaa selittää galaksin keskustassa olevan mustan aukon massan ja sitä ympäröivän galaksin keskuspullistuman massan välisen arvoituksellisen suhteen. Musta aukko kerää ympärilleen kaasua ja siitä tulee yhä aktiivisempi, kunnes se lopulta muodostaa napojensa suuntaan osoittavat suihkut, joita pitkin kaasu poistuu mustaa aukkoa ympäröivältä alueelta ja tähtienmuodostus loppuu.

[2] Aktiivisen galaksin ytimen PKS 1830-211 punasiirtymä on 2.5, mikä tarkoittaa sitä, että sen valolta on kestänyt noin 11 miljardia vuotta saavuttaa meidät. Näkemämme valo lähti liikkeelle, kun maailmankaikkeus oli vain viidenneksen nykyisestä iästään. Vertauksen vuoksi valo galaksista NGC 1433 matkaa vain 30 miljoonaa vuotta saavuttaakseen Maapallon, mikä on hyvin lyhyt aika galaktisin termein puhuttaessa.

[3] Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että valonsäteet taipuvat ohittaessaan galaksin kaltaista massiivista kappaletta. Tätä ilmiötä kutsutaan gravitaatiolinssiksi ja ensimmäisen, vuonna 1979 havaitun gravitaatiolinssin jälkeen on löydetty lukuisia muitakin. Linssi-ilmiö saattaa aiheuttaa lukuisia kuvia tai vääristää ja suurentaa taustan valonlähteitä.

[4] Sisään syöksyvä materiaali saattaa olla tähti tai molekylaarinen pilvi. Tällainen sisään syöksyvä pilvi on havaittu Linnunradan keskustassa (eso1151, eso1332).

[5] Tämä energia säteilee gammasäteilynä, joka on lyhyimmän aallonpituuden ja suurimman energian sähkömagneettista säteilyä.

Lisätietoa

Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on yhteistyöhanke johon osallistuvat Eurooppa, Pohjois-Amerikka ja Itä-Aasia yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa, ja Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Tämä tutkimus esitettiin kahdessa tutkimusjulkaisussa, “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433”, jonka kirjoittivat F. Combes et al. sekä “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare”, jonka kirjoittivat I. Martí-Vidal et al. Molemmat julkaisut ilmestyvät julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics.

Ensimmäiseen tutkimusryhmään kuuluvat F. Combes (Observatoire de Paris, Ranska), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Espanja), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Milano, Italia), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, Ranska), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, USA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, Ranska), A. Eckart (Universität zu Köln, Saksa), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Espanja), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa) ja L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Sasa).

Toiseen tutkimusryhmään kuuluvat I. Martí-Vidal (Chalmersin teknologinen korkeakoulu, Onsalan avaruusobservatorio, Onsala, Ruotsi), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatoire de Paris, Ranska), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Ranska), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, Ranska; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Pariisi, Ranska), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Saksa; Kuningas Abdulazizin yliopisto, Jedda, Saudi-Arabia), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universitat de València, Espanja), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnamin tiede- ja teknologia-akatemia, Hanoi, Vietnam) ja M. Zwaan (ESO, Garching, Saksa).

ESO 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 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisut: Combes et al. & Marti-Vidal et al.
• Valokuvia ALMA-teleskoopista

Yhteystiedot

Françoise Combes
Observatoire de Paris, LERMA
Paris, France
Puh.: +33 1 4051 2077
Sähköposti: francoise.combes@obspm.fr

Ivan Martí-Vidal
Chalmers University of Technology
Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden
Puh.: +46 31 772 5557
Sähköposti: ivan.marti-vidal@chalmers.se

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
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