Pressmeddelande

Svart hål bjuder på dammig överraskning

20 juni 2013

ESO:s Very Large Telescope Interferometer har gjort de hittills mest detaljerade observationerna av stoftet omkring det svarta hålet i mitten av en aktiv galax. Man förväntade sig att allt stoft skulle vara samlat i en munkformad torus omkring det svarta hålet, men observationerna visar att en hel del finns också över och under torusen. Stoftet kastas också ut från det svarta hålet som en kall vind – ett oväntat fynd som utmanar dagens teorier och som kan lära oss mer om hur supertunga svarta hål utvecklats och växelverkar med sin omgivning.

Under de senaste 20 åren har astronomerna funnit att nästan alla galaxer har ett jättetungt svart hål i sina centrum. Vissa av dessa svarta hål växer genom att dra till sig material från sin omgivning, och ger då upphov till några av de mest energirika objekten i universum: aktiva galaxkärnor (Active Galactic Nuclei (AGN) på engelska). I sina centrum omges de av stoft som är fördelat som formen av en donut eller badring [1]. Detta stoft har dragits in från omgivningen, och formats på liknande sätt som vatten bildar en virvel omkring avloppet i diskhon. Tidigare har man trott att det mesta av den starka infraröda strålningen från aktiva galaxkärnor kommer från dessa tjocka ringar.

Men nya observationer av den aktiva galaxen NGC 3783 gjorda av ett internationellt team av astronomer, som utnyttjat kraften hos Very Large Telescope Interferometer (VLTI) vid ESO:s Paranalobservatorium i Chile [2], gav upphov till några överraskningar. Även om det varma stoftet – mellan 700 och 1000 grader Celsius – ligger i en torus som förväntat, hittade de även stora mängder av kallare stoft både över och under torusen [3]. 

Sebastian Hönig vid University of California, Santa Barbara i USA och Christian-Albrechts-universitetet, Kiel i Tyskland, är förste författare till artikeln där de nya resultaten redovisas. Han förklarar:

– Det här är första gången vi har kunna kombinera detaljerade observationer av infraröd strålning av mellanlång våglängd, som är känsliga för det kallare, rumstempererade stoftet runt en aktiv galaxkärna med lika detaljerade observationer av det varma stoftet. Det är också den största mängden interferometriska mätningar i infrarött ljus för en sådan galaxkärna som hittills publicerats.

Det nyupptäckta stoftet bildar en kall vind som blåser utåt från det svarta hålet. Denna vind måste spela en viktig roll i det komplexa förhållandet mellan det svarta hålet och dess omgivning. Det svarta hålet dämpar sin omättliga aptit genom att dra till sig det omgivande materialet, men den starka strålningen som då bildas verkar också blåsa iväg materialet. Det är fortfarande oklart hur dessa två processer samverkar och låter supertunga svarta hål växa och utvecklas i sina galaxer, men närvaron av en stoftvind ger ytterligare information till det här scenariot.

För att undersöka de mittersta delarna av NGC 3783 behövde astronomerna använda den kombinerade kraften av teleskopen som utgör ESO:s Very Large Telescope. Tillsammans bildar de en interferometer som kan uppnå en detaljrikedom som den man skulle få med ett 130-metersteleskop.

En annan medlem i teamet, Gerd Weigelt vid Max Planckinstituet för radioastronomi i Bonn, Tyskland, förklarar.

– Genom att kombinera känsligheten hos VLT-teleskopen med interferometritekniken kan vi samla tillräckligt med ljus för att observera svaga objekt. Därför kan vi studera ett område stort som det mellan solen och vår närmaste stjärna, i en galax tio miljoner ljusår bort. Inget annat optiskt eller infrarött system i världen kan för tillfället uppnå detta.

Dessa nya observationer kan komma att leda till ett paradigmskifte i vår förståelse av aktiva galaxkärnor. De ger direkta bevis på att stoft kastas ut av den starka strålningen. Modeller för hur stoftet fördelas och hur supertunga svarta hål växer och utvecklas måste nu ta hänsyn till denna nyupptäckta effekt.

– Jag ser verkligen fram emot MATISSE, som kommer att låta oss kombinera alla VLT:s fyra teleskop samtidigt och även observera fler infraröda våglängdsband samtidigt – och därigenom ge oss mycket mer detaljerade data, avslutar Hönig.

MATISSE är ett andra generationens instrument för VLTI och håller för närvarande på att byggas.

Noter

[1] Kosmiskt stoft består av korn av kisel och kol – mineraler som också finns i stora mängder på jorden. Sot från ett ljus liknar till stor del stoftet av kol, även om kornen i sot är mer än tio gånger större än typiska stoftkorn i rymden.  

[2] VLTI är en kombination av de fyra 8,2-meters VLT-teleskopen, eller de fyra flyttbara 1,8-meters hjälpteleskopen. Det använder en teknik som kallas interferometri, där man med sofistikerade instrument kombinerar ljus från flera teleskop i en observation. Även om det ofta inte ger upphov till riktiga bilder, kan den här tekniken dramatiska öka detaljrikedomen i observationerna, till så hög noggrannhet man skulle få med ett rymdteleskop med en 100 meter stor spegel.

[3] Det varmare stoftet observerades av instrumentet AMBER på VLTI, vid nära-infraröda våglängder, och de nyare observationerna som beskrivs här gjordes med instrumentet MIDI vid våglängder mellan 8 och 13 mikrometer.

Mer information

Resultaten presenteras i artikeln “Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei” av S. Hönig m. fl., som publiceras i tidskriften Astrophysical Journal den 20 juni 2013.

Teamet består av of S. F. Hönig (University of California in Santa Barbara, USA [UCSB]; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Tyskland), M. Kishimoto (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Tyskland [MPIfR]), K. R. W. Tristram (MPIfR), M. A. Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien), P. Gandhi (Institute of Space and Astronautical Science, Kanawaga, Japan; University of Durham, United Kingdom), D. Asmus (MPIfR), R. Antonucci (UCSB), L. Burtscher (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), W. J. Duschl (Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Tyskland) and G. Weigelt (MPIfR).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln
• Bilder på VLT
• Information om Very Large Telescope Interferometer (VLTI)

Kontakter

Sebastian Hönig
University of California Santa Barbara
USA
Tel: +49 431 880 4108
Mobil: +49 176 9995 0941
E-post: shoenig@physics.ucsb.edu

Poshak Gandhi
University of Durham
United Kingdom
E-post: poshak.gandhi@durham.ac.uk

Gerd Weigelt
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
E-post: weigelt@mpifr.de

Wolfgang Duschl
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Kiel, Germany
E-post: wjd@astrophysik.uni-kiel.de

Richard Hook
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1327 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.