Pressmeddelande

Svarta hålens jetstrålar granskas av ALMA

16 oktober 2013

Två internationella astronomteam har utnyttjat kraften hos Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att studera jetstrålar från supertunga svarta hål i mitten av galaxer, och för att observera hur de påverkar deras omgivning. Det ena forskarlaget har tagit den bästa bilden hittills av den molekylära gasen omkring ett relativt närbeläget och lugnt svart hål. Det andra teamet har fått en oväntad titt på hur en kraftfull jetstråle skjuts ut från området alldeles intill ett avlägset svart hål.

I mitten av nästan varje galax i universum, inklusive vår egen, Vintergatan, finns ett supertungt svart hål med massa upp till flera miljarder gånger solens. För länge sedan var dessa bisarra objekt väldigt aktiva. De svalde enorma mängder material från deras omgivningar och lyste med bländande sken. Små mängder av detta material skickade de dessutom ut i form av extremt kraftfulla jetstrålar. Idag, i vår del av universum, är de flesta supertunga svarta hål mycket mindre aktiva än de var i sin ungdom. Men samspelet mellan jetstrålarna och deras omgivning spelar fortfarande en nyckelroll i hur dagens galaxer utvecklas.

Två nya studier, som båda publiceras idag i tidskriften Astronomy & Astrophysics, använde ALMA för att studera jetstrålarna från svarta hål på väldigt olika skalor: ett närbeläget och relativt lugnt svart hål i galaxen NGC 1433 och ett väldigt avlägset och aktivt objekt som kallas PKS 1830-211.

Françoise Combes vid Parisobservatoriet i Frankrike är första författare till den första artikeln.

– ALMA har avslöjat en oväntad spiralform hos den molekylära gasen nära mitten av NGC 1433. Detta förklarar hur materialet flödar in och matar det svarta hålet. Med de nya skarpa observationerna från ALMA har vi upptäckt en jetstråle med material som strömmar iväg från det svarta hålet, med en utsträckning på bara 150 ljusår. Detta är det minsta sådana molekylära utflöde som observerats i en annan galax.

Utflödet dras med av jetstrålen från det svarta hålet i mitten. Upptäckten visar hur en sådan jetstråle kan stoppa nya stjärnor från att bildas och reglera hur galaxens centrala bula växer [1].

Astronomen Ivan Martí-Vidal vid Chalmers tekniska högskola och Onsala rymdobservatorium och hans team har också observerat ett supertungt svart hål med en jetstråle. I fallet PKS 1830-211 lyser strålen mycket starkare; här är det svarta hålet både mer aktivt och mycket äldre [2]. Det är ovanligt eftersom det starka ljuset från strålen passerar genom en tung galax på dess väg till jorden, där det delas upp i två bilder av en gravitationslins [3].

Med ojämna mellanrum sväljer supertunga svarta hål plötsligt en stor mängd material [4]. Jetstrålens styrka ökar och gör att strålning sänds ut ända upp till de högsta energierna. Nu har ALMA haft turen att följa en av dessa händelser i realtid i PKS 1830-211.

Sebastien Muller är medförfattare till den andra artikeln.

– Observationerna med ALMA av ett svart håls dåliga matvanor skedde helt av en slump. Då vi observerade PKS 1830-211 av en annan anledning, såg vi små förändringar i nyans och intensitet bland bilderna av gravitationslinsen. Efter att ha tittat noga på det oväntade beteendet drog vi slutsatsen att vi hade haft turen att se på precis när nytt och färskt material kom in i jetstrålen, alldeles intill det svarta hålet.

Teamet passade på att kontrollera ifall denna våldsamma händelse hade fångats upp av andra teleskop. Överraskande nog hittade de en stark signal i gammastrålning, tack vare observationer med satelliten Fermi-LAT. Samma process som låg bakom ökningen i signalen vid ALMA:s långa våglängder var också ansvarig för att ljuset från jetstrålen dramatiskt blev starkare, upp till de högsta energierna i universum [5].

– Det är den första gången som man kunnat göra en sådan tydlig koppling mellan gammastrålar och submillimeterstrålning från platsen där ett svart håls jetstråle skjuts ut, lägger Sebastien Muller till.

De två nya observationerna är bara början på ALMA:s utforskning av hur jetstrålarna från svarta hål fungerar, på både nära och långt håll i universum. Combes team studerar redan andra närbelägna aktiva galaxer med ALMA och det unika objektet PKS 1830-211 förväntas vara fokus för en mängd framtida undersökningar med ALMA och andra teleskop.

– Det finns fortfarande mycket att lära sig om hur svarta hål kan skapa sina gigantiska energiska jetstrålar av materia och strålning. Men dessa nya observationer, som har gjorts redan innan ALMA var färdigbyggt, visar att teleskopet är ett unikt och kraftfullt redskap för att studera dess jetstrålar. Och upptäckerna har bara börjat! avslutar Ivan Martí-Vidal.

Noter

[1] Den här processen, som kallas återkoppling, kan kanske förklara det mystiska sambandet mellan massan hos det svarta hålet i galaxens mitt, och massan hos den omgivande bulan. Det svarta hålet drar till sig gas och blir då mer aktivt, men producerar då jetstrålar som skingrar gasen i omgivningarna och stoppar pågående stjärnbildning.  

[2] PKS 1830-211 har en rödförskjutningen på 2,5, vilket betyder att dess ljus har färdats ungefär ungefär 11 miljarder år innan det nått oss. Ljuset vi ser skickades ut då universum bara var 20 procent av sin nuvarande ålder. Jämförelsevis har det bara tagit 30 miljoner år för ljuset från NGC 1433 att nå jorden, vilket motsvarar en kort tid i galaxers liv.

[3] Einsteins allmänna relativitetsteori förutsäger att ljusstrålar böjs av när de passerar ett massivt objekt som en galax. Effekten kallas gravitationslinsning och sedan den första linsen hittades 1979 har många sådana gravitationslinser upptäckts. Linsningen kan skapa många bilder samt förvrida och förstärka ljuskällor i bakgrunden.

[4] Materialet som faller in skulle kunna vara en stjärna eller ett molekylmoln. Ett sådant moln håller för närvarande att falla in mot mitten av Vintergatan (eso1151, eso1332).

[5] Den här energin skickas ut som gammastrålning. Det är den typ av elektromagnetisk strålning som har de kortaste våglängderna och de högsta energierna.

Mer information

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. I Europa stöds ALMA av ESO, i Nordamerika av US National Science Foundation (NSF) i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) samt av Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC), i Ostasien av Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Bygget och driften av ALMA leds för Europas del av ESO, för Japan av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ) och för Nordamerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som drivs av Associated Universities, Inc. (AUI). Joint ALMA Observatory (JAO) ger gemensam ledning och gemensam organisation för bygget, driftsättning och drift av ALMA.

De här forskningsprojekten presenteras i två artiklar: “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433”, av F. Combes m. fl. och “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”, av I. Martí-Vidal m. fl.. Båda artiklarna publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Det första teamet består av F. Combes (Observatoire de Paris, Frankrike), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Spanien), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Milano, Italien), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florens, Italien), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, Frankrike), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, USA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, Frankrike), A. Eckart (Universität zu Köln, Tyskland), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spanien), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Tyskland) och L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Tyskland).

Det andra teamet består av Ivan Martí-Vidal (Chalmers tekniska högskola, Onsala rymdobservatorium, Sverige), Sebastien Muller (Chalmers tekniska högskola, Onsala rymdobservatorium), F. Combes (Observatoire de Paris, Frankrike), Susanne Aalto (Chalmers tekniska högskola, Onsala rymdobservatorium, Sverige), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Frankrike), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, France; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Paris, Frankrike), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Tyskland; King Abdulaziz University, Jeddah, Saudiarabien), Cathy Horellou (Chalmers tekniska högskola, Onsala rymdobservatorium, Sverige), J. M. Marcaide (Universitat de València, Spanien), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam) och M. Zwaan (ESO, Garching, Tyskland).

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

• Video: ALMA får insyn i det svarta hålet PKS 1830-211:s dåliga matvanor
• Pressmeddelande hos Chalmers
• Forskningsartiklarna: Combes m. fl. & Marti-Vidal m. fl.
• Bilder på ALMA-teleskopen

Kontakter

Françoise Combes
Observatoire de Paris, LERMA
Paris, France
Tel: +33 1 4051 2077
E-post: francoise.combes@obspm.fr

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

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
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 eso1344 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.