Kall kost får svarta hål att växa sig stora

Ett forskarteam som leds av Susanne Aalto, professor i radioastronomi vid Chalmers, har använt teleskopet Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) för att observera en märklig struktur i mitten av galaxen NGC 1377, som ligger 70 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Floden Eridanus. Forskningsresultaten publiceras i en artikel i juninumret av tidskriften Astronomy and Astrophysics.

– Vi blev nyfikna på denna galax på grund av dess ljusa, men damm- och stoftinbäddade mitt som hindrar vanligt ljus från att tränga ut. Vi hittade något som vi inte hade väntat oss: en lång, smal stråle som strömmar ut från galaxens kärna, säger Susanne Aalto.

Observationerna med Alma avslöjar en stråle som är 500 ljusår lång och mindre än 60 ljusår tvärsöver och som färdas i hastigheter på minst 800 000 kilometer i timmen.

I mitten av de flesta galaxer ligger ett supermassivt svart hål. Dessa svarta hål kan kan väga från ett par miljoner till en miljard gånger solens massa. Just hur de kan växa sig så stora har länge varit ett mysterium för forskare.

Extremt sval stråle av tät gas
Ett svart hål kan ge sig till känna för teleskop när materia faller in i det – i en process som astronomer kallar ”ackretion”. Snabba jetstrålar är ett typiskt kännetecken för ett svart hål som växer genom att sluka materia. Strålen i NGC 1377 avslöjar att här finns ett supermassivt svart hål.

Men den har ännu mer att berätta, förklarar chalmersastronomen Francesco Costagliola, som är medförfattare till artikeln:

– Strålarna som vi oftast får se från galaxers kärnor är mycket smala rör av het plasma. Den här strålen är något helt annat. Istället är den extremt sval, och den lyser tack vare tät gas som utgörs av molekyler, säger han.

Strålen har fört ut molekylär gas ut som motsvarar två miljoner gånger solens massa på bara omkring en halv miljon år – en mycket kort tid i en galax liv. Under denna korta och dramatiska fas i galaxens utveckling måste det supertunga svarta hålet i dess mitt ha vuxit fort.

Sval kosthållning gör att galaxen växer snabbare
– De svarta hålen som ligger bakom kraftfulla smala strålar kan växa långsamt genom att dra till sig het plasma. Det svarta hålet i NGC 1377 har istället en kosthållning bestående av sval gas, stoft och damm och därför kan det växa – åtminstone just nu – mycket fortare, förklarar Jay Gallagher, astronom vid University of Wisconsin-Madison, som också ingår i forskarlaget.

Hur strålen rör sig genom rymden har också överraskat astronomerna. Mätningarna med Alma stämmer väl överens med en stråle som precesserar – den åker utåt med en virvlande rörelse ungefär som vattnet från vattenspridaren i en trädgård.

– Det ovanliga virvlandet hos strålen skulle kunna bero på ett ojämnt flöde av gas mot det svarta hålet i mitten. En annan möjlighet är att galaxens mitt innehåller två supermassiva svarta hål som kretsar runt varandra, säger forskaren Sebastien Muller från Chalmers.

Upptäckten av den märkliga, svala, virvlande strålen från mitten av den här galaxen skulle ha varit omöjligt utan Alma, menar Susanne Aalto.

– Almateleskopets unika förmåga att registrera och mäta upp kall gas håller på att förändra och öka vår förståelse för galaxer och deras centrala svarta hål. I NGC 1377 bevittnar vi ett övergående men mycket viktigt skede i en galax utveckling. Det kommer att hjälpa oss att förstå de supermassiva svarta hålens snabbaste tillväxtfaser, och hur de relaterar till hela livscykeln för galaxerna i universum, avslutar hon.

Mer om forskningen
Forskningsresultaten presenteras i artikeln A precessing molecular jet signaling an obscured, growing supermassive black hole in NGC 1377?, som publiceras i juninumret 2016 av tidskriften Astronomy and Astrophysics

Mer om forskningen finns också i en populärvetenskaplig artikel av Susanne Aalto, Kall vind avslöjar det svarta hålets matvanor, i Forskning och framsteg nr 6, 2016.

Kontakter: Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, +46 31-772 5500, +46 70-493 31 14, robert.cumming@chalmers.se” rel=”nofollow”>robert.cumming@chalmers.se
Susanne Aalto, professor i radio astronomi, Chalmers, +46 31 772 5506, susanne.aalto@chalmers.se

Forskarlaget består av Susanne Aalto (Chalmers), Francesco Costagliola (Chalmers), Sebastien Muller (Chalmers), K. Sakamoto (Institutet för astronomi och astrofysik. Academia Sinica, Taipei, Taiwan), Jay S. Gallagher (Department of Astronomy, University of Wisconsin-Madison, USA), K. Dasyra (Atens universitet, Grekland), K. Wada (Kagoshimauniversitet, Japan), F. Combes (Parisobservatoriet, Frankrike), S. Garcia-Burillo (Observatorio Astronomico Nacional (OAN)-Observatorio de Madrid, Spanien), L. E. Kristensen (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), S. Martin (ESO, Joint Alma Observatory och IRAM, Frankrike), P. van der Werf (Leidenobservatoriet, Nederländerna), A. S. Evans (University of Virginia och National Radio Astronomy Observatory, USA) samt J. Kotilainen (Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), Åbo universitet, Finland).