Astronomer har funnet et supermassivt svart hull (SMBH) med en uvanlig regelmessig fôringsplan. Behemoth er en aktiv galaktisk kjerne (AGN) i hjertet av Seyfert 2-galaksen GSN 069. AGN er omtrent 250 millioner lysår fra Jorden, og inneholder omtrent 400 000 ganger solens masse.
Teamet av astronomer brukte ESAs XMM-Newton og NASAs Chandra røntgenobservatorium for å observere røntgenutslippene fra SMBH. Omtrent hver 9. time blusser det svarte hullet lyst med røntgenstråler når det trekkes materiale inn i det. Astronomer har funnet to andre stjernemasse sorte hull som blusser regelmessig mens de mater, men denne typen regelmessighet i et supermassivt svart hull har aldri blitt sett før.
"Dette sorte hullet har en måltidsplan som vi aldri har sett før."
Giovanni Miniutti, hovedforfatter, ESA Center for Astrobiology, Spain.
Oppgaven som skisserer denne oppdagelsen er publisert i Nature og har tittelen "Ni-timers røntgen-kvasi-periodiske utbrudd fra en galaktisk kjerne med svart masse i svart hull." Hovedforfatter er Giovanni Miniutti fra ESAs Center for Astrobiology i Spania. I følge papiret bruker SMBH omtrent fire måner med materiale tre ganger hver dag. Det betyr at hver gang det sorte hullet mater, bruker det omtrent en million milliarder pund materiale.
"Dette sorte hullet er på en måltidsplan som vi aldri har sett før," sa Miniutti i en pressemelding. "Denne oppførselen er så enestående at vi måtte mynte et nytt uttrykk for å beskrive det:" X-ray Quasi-Periodic Eruptions "."
Røntgenutslipp fra denne SMBH har vært kjent og observert siden juli 2010, men de var jevn. Den nye artikkelen er basert på 54 dager med observasjoner som begynner i desember 2018, begynnende med ESAs XMM-Newton Observatory. Observatoriet oppdaget to utbrudd 24. desember. I januar fant XMM-Newton tre til av disse vanlige utbruddene.
Da ba astronomer om mer observasjonstid med NASAs Chandra-observatorium for å undersøke. Chandra observerte fem flere av disse hendelsene. I løpet av de nåværende regelmessige utbruddene øker røntgenstrålingsaktiviteten med to størrelsesordener over bakgrunnsrøntgenutslippene. Hver bluss varer litt over en time og forekommer hver ni time.
"Ved å kombinere data fra disse to røntgenobservatoriene, har vi sporet disse periodiske utbruddene i minst 54 dager," sa medforfatter Richard Saxton ved European Space Astronomy Center i Madrid, Spania. "Dette gir oss en unik mulighet til å være vitne til strømmen av materie inn i et supermassivt svart hull gjentatte ganger øke hastigheten og bremse."
Under hvert av disse utbruddene er røntgenflammingen 20 ganger lysere enn i stille perioder. Temperaturen på den fallende gassen stiger også. Det stiger fra omtrent 1 million grader Fahrenheit i roligere perioder til 2,5 millioner grader Fahrenheit under fakler. Den høyere temperaturen er omtrent den samme som temperaturen på gass rundt de fleste SMBH-er som vokser aktivt.
Årsaken til disse vanlige blussene er ukjent. Den varme gassen på 2,5 millioner grader F. som omgir GSN 069 er den samme temperaturen som gassen som omgir andre SMBH-er. Det er et mysterium fordi det rett og slett er for varmt til å være fra den fallende platen av materiale som omgir sorte hull. Men GSN 069 er en unik mulighet til å studere fenomenet fordi den varme gassen gjentatte ganger dannes og forsvinner.
Normalt er denne varme gassen forårsaket av at en stjerne blir revet fra hverandre og konsumert av et svart hull, eller slik astronomer tror. Men den regelmessigheten som GSN 069 stiller ut er et mysterium.
"Vi tror at opprinnelsen til røntgenutslippet er en stjerne som det sorte hullet delvis eller fullstendig har blitt revet fra hverandre og langsomt forbruker litt," sa medforfatter Margherita Giustini, også ved ESAs Center for Astrobiology. "Men når det gjelder de gjentatte utbruddene, er dette en helt annen historie hvis opprinnelse må studeres med ytterligere data og nye teoretiske modeller."
Igjen, å se et supermassivt svart hull konsumere bensin fra en stjerne er ikke noe nytt. Det er regelmessigheten til GSN 069s fakling som er head-scratcher. Forfatterne av studien foreslår to mulige forklaringer på SMBHs vanlige fôringsplan:
- Mengden energi på disken bygger seg opp til den blir ustabil og materien raskt faller ned i det sorte hullet som produserer skurene. Den syklusen gjentar seg.
- Det er et samspill mellom disken og en sekundær kropp som går i bane rundt det sorte hullet, kanskje resten av den delvis forstyrrede stjernen.
Takket være Chandra-observasjonene vet teamet av forskere at kilden til de blussende røntgenbildene er midt i hjertet av GSN 069. Det er her en SMBH forventes å være. De kombinerte dataene fra Chandra og XMM-Newton viser også tydelig at faklingen, selv om den er regelmessig, langsomt endrer seg: både størrelsen og varigheten av "måltider" i det svarte hullet har redusert seg litt, og mellomrommet mellom hvert måltid vokser. Det er opp til fremtidige observasjoner for å se om disse trendene fortsetter.
GSN 069 er på den lille siden for en SMBH. Vanligvis inneholder en SMBH så mye masse som flere millioner eller til og med flere milliarder soler, mens GSN 069 bare inneholder omtrent 400 000 solverdier. Det kan bidra til å forklare hvorfor denne typen regelmessig fôring ikke har blitt sett før.
For større SMBH-er, mye større enn denne, er lysstyrkens svingninger mye tregere. I stedet for å bryte ut hver ni time, bør det ta dem måneder eller til og med år å blusse opp slik. Det vil forklare hvorfor kvasi-periodiske utbrudd (QPE) som disse ikke ble observert. Røntgenobservatorier er opptatt, og det er ingen måte å trene en på et enkelt mål så lenge.
Det har vært flere tilfeller der det er observert store økninger eller reduksjoner i røntgenbilder produsert av sorte hull. Disse observasjonene stolte på gjentatte observasjoner over måneder, eller til og med år. Noen av disse endringene er for raske til å kunne forklares med standardteorien om fallende materie fra et svart hulls akkresjonsdisk. Men denne oppdagelsen kan forklare disse observasjonene. De kan oppleve lignende oppførsel som GSN 069.
Mer:
- Pressemelding: Forskere oppdager at svart hull har tre varme måltider om dagen
- Forskningsartikkel: Ni-timers røntgenstråle kvasi-periodiske utbrudd fra en galaktisk kjerne med svart masse i svart hull
- Wikipedia: Active Galactic Nucleus
