Nye bevis fra NASAs Chandra røntgenobservatorium utfordrer rådende ideer om hvordan sorte hull vokser i sentrum av galakser. Astronomer har lenge tenkt at et supermassivt svart hull og bule av stjerner i midten av vertsgalaksen vokser med samme hastighet - jo større bule, desto større svart hull. En ny studie av Chandra-data har imidlertid avdekket to nærliggende galakser med supermassive sorte hull som vokser raskere enn galaksene i seg selv.
Massen til et gigantisk svart hull i sentrum av en galakse er typisk en liten brøkdel - omtrent 0,2 prosent - av massen som er inne i bula, eller regionen med tettpakkede stjerner, som omgir den. Målene for den siste Chandra-studien, galakser NGC 4342 og NGC 4291, har sorte hull 10 ganger til 35 ganger mer massive enn de burde sammenlignes med utbuktningene. De nye observasjonene med Chandra viser glorier, eller massive konvolutter av mørk materie som disse galaksene ligger i, også er overvektige.
Denne studien antyder de to supermassive sorte hullene og deres utvikling er knyttet til deres glitter av mørke stoffer og vokste ikke i takt med de galaktiske utbuktningene. I dette synspunktet er ikke de sorte hullene og haloene av mørk materie overvektige, men den totale massen i galaksen er for lav.
"Dette gir oss mer bevis på en kobling mellom to av de mest mystiske og mørkeste fenomenene i astrofysikk - svarte hull og mørk materie - i disse galaksene," sa Akos Bogdan fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Cambridge, Mass. ., som ledet den nye studien.
NGC 4342 og NGC 4291 ligger i nærheten av Jorden i kosmiske termer, i avstander på 75 millioner og 85 millioner lysår. Astronomer hadde visst fra tidligere observasjoner at disse galakene er vert for sorte hull med relativt store masser, men er ikke sikre på hva som er ansvarlig for forskjellen. Basert på de nye Chandra-observasjonene, er de imidlertid i stand til å utelukke et fenomen kjent som tidevannsstripping.
Tidevannsstripping oppstår når noen av en galakas stjerner blir strippet bort av tyngdekraften under et nært møte med en annen galakse. Hvis slik tidevannsstriping hadde funnet sted, hadde glosene stort sett manglet. Fordi mørk materie strekker seg lenger bort fra galaksene, er den mer løst bundet til dem enn stjernene og mer sannsynlig å bli dratt bort.
For å utelukke stripping av tidevannet, brukte astronomer Chandra for å lete etter bevis på varm, røntgenstråle-avgass rundt de to galaksene. Fordi trykket fra varm gass - estimert fra røntgenbilder - balanserer tyngdekraften til alt stoffet i galaksen, kan de nye Chandra-dataene gi informasjon om mørke materie-glorie. Den varme gassen ble funnet å være distribuert bredt rundt NGC 4342 og NGC 4291, noe som antyder at hver galakse har en uvanlig massiv glorie av mørk materie og at tidevannsstripping er usannsynlig.
"Dette er det klareste beviset vi har, i det nærliggende universet, for at sorte hull vokser raskere enn vertsgalaksen," sa medforfatter Bill Forman, også fra CfA. "Det er ikke slik at galaksene har blitt kompromittert av nære møter, men i stedet hadde de en slags arrestert utvikling."
Hvordan kan massen til et svart hull vokse raskere enn den stjernemassen i vertsgalaksen? Studiens forfattere antyder at en stor konsentrasjon av gass som sakte spinner i det galaktiske senteret, er det det sorte hullet bruker veldig tidlig i sin historie. Den vokser raskt, og etter hvert som den vokser, øker mengden gass den kan akkreditere, eller svelge, sammen med energiproduksjonen fra akkresjonen. Etter at det sorte hullet har nådd en kritisk masse, forhindrer utbrudd drevet av fortsatt forbruk av gass kjøling og begrenser produksjonen av nye stjerner.
"Det er mulig at det supermassive, svarte hullet nådde en heftig størrelse før det i det hele tatt var mange stjerner i galaksen," sa Bogdan. "Det er en betydelig endring i vår måte å tenke på hvordan galakser og sorte hull utvikler seg sammen."
Resultatene ble presentert 11. juni på det 220. møtet i American Astronomical Society i Anchorage, Alaska. Studien er også akseptert for publisering i The Astrophysical Journal.
