De voedingspatronen van zwarte gaten bieden inzicht in hun grootte, onderzoekers melden. Een nieuwe studie onthulde dat het flikkeren in de helderheid die wordt waargenomen bij het actief voeden van superzware zwarte gaten gerelateerd is aan hun massa.

Superzware zwarte gaten zijn miljoenen tot miljarden keren massiever dan de zon en bevinden zich meestal in het centrum van massieve sterrenstelsels. Wanneer slapend en zich niet voedend met het gas en de sterren die hen omringen, SMBH's zenden heel weinig licht uit; de enige manier waarop astronomen ze kunnen detecteren, is door hun zwaartekrachtsinvloeden op sterren en gas in hun omgeving. Echter, in het vroege heelal, toen MKB-bedrijven snel groeiden, ze waren actief bezig met het voeden - of aangroeien - van materialen met intensieve snelheden en zenden een enorme hoeveelheid straling uit - soms overtroffen ze de hele melkweg waarin ze zich bevinden, aldus de onderzoekers.

De nieuwe studie, onder leiding van de University of Illinois Urbana-Champaign astronomie afgestudeerde student Colin Burke en professor Yue Shen, ontdekte een definitieve relatie tussen de massa van actief voedende SMBH's en de karakteristieke tijdschaal in het lichtflikkerende patroon. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Het waargenomen licht van een aangroeiende SMBH is niet constant. Door fysieke processen die nog niet worden begrepen, het vertoont een alomtegenwoordig flikkeren over tijdschalen variërend van uren tot decennia. "Er zijn veel onderzoeken geweest die mogelijke relaties tussen het waargenomen flikkeren en de massa van de SMBH hebben onderzocht, maar de resultaten waren niet overtuigend en soms controversieel, ' zei Burke.

Het team heeft een grote dataset samengesteld van actief voedende SMBH's om het variabiliteitspatroon van flikkering te bestuderen. Ze identificeerden een karakteristieke tijdschaal, waarover het patroon verandert, die nauw correleert met de massa van de SMBH. De onderzoekers vergeleken de resultaten met opgroeiende witte dwergen, de overblijfselen van sterren zoals onze zon, en ontdekte dat dezelfde tijdschaal-massarelatie geldt, hoewel witte dwergen miljoenen tot miljarden keer minder massief zijn dan SMBH's.

De lichtflikkeringen zijn willekeurige fluctuaties in het voedingsproces van een zwart gat, aldus de onderzoekers. Astronomen kunnen dit flikkerende patroon kwantificeren door de kracht van de variabiliteit te meten als functie van tijdschalen. Voor het aangroeien van SMBH's, het variabiliteitspatroon verandert van korte tijdschalen naar lange tijdschalen. Deze overgang van variabiliteitspatroon vindt plaats op een karakteristieke tijdschaal die langer is voor zwaardere zwarte gaten.

Het team vergeleek het eten van een zwart gat met onze eet- of drinkactiviteit door deze overgang gelijk te stellen aan een menselijke oprisping. Baby's boeren vaak tijdens het drinken van melk, terwijl volwassenen de boer langer kunnen vasthouden. Zwarte gaten doen ongeveer hetzelfde tijdens het voeden, ze zeiden.

"Deze resultaten suggereren dat de processen die het flikkeren tijdens accretie veroorzaken universeel zijn, of het centrale object een superzwaar zwart gat is of een veel lichtere witte dwerg, ' zei Sheen.

"De stevige vaststelling van een verband tussen de waargenomen lichtflikkering en fundamentele eigenschappen van de accretor zal ons zeker helpen om accretieprocessen beter te begrijpen, " zei Yan-Fei Jiang, een onderzoeker aan het Flatiron Institute en co-auteur van de studie.

Astrofysische zwarte gaten komen in een breed spectrum van massa en grootte voor. Tussen de populatie van stellaire zwarte gaten, die minder dan enkele tientallen keren de massa van de zon wegen, en MKB, er is een populatie zwarte gaten die zwarte gaten met een gemiddelde massa worden genoemd en die tussen de 100 en 100 weegt, 000 keer de massa van de zon.

Verwacht wordt dat IMBH's zich in grote aantallen zullen vormen door de geschiedenis van het universum, en ze kunnen de zaden leveren die nodig zijn om later uit te groeien tot SMBH's. Echter, observationeel is deze populatie van IMBH's verrassend ongrijpbaar. Er is slechts één onbetwistbaar bevestigde IMBH die ongeveer 150 keer de massa van de zon weegt. Maar dat IMBH werd toevallig ontdekt door de zwaartekrachtsgolfstraling van de samensmelting van twee minder massieve zwarte gaten.

"Nu er een correlatie is tussen het flikkerende patroon en de massa van het centraal oplopende object, we kunnen het gebruiken om te voorspellen hoe het flikkerende signaal van een IMBH eruit zou kunnen zien, ' zei Burke.

Astronomen over de hele wereld wachten op de officiële aftrap van een tijdperk van massale onderzoeken die de dynamische en variabele hemel volgen. Het Vera C. Rubin Observatorium in Chili's Legacy Survey of Space and Time zal de lucht gedurende een decennium onderzoeken en lichtflikkerende gegevens verzamelen voor miljarden objecten, start eind 2023.

"Het ontginnen van de LSST-gegevensset om te zoeken naar flikkerende patronen die consistent zijn met het aangroeien van IMBH's heeft het potentieel om deze lang gezochte mysterieuze populatie zwarte gaten te ontdekken en volledig te begrijpen, " zei co-auteur Xin Liu, een astronomieprofessor aan de U. of I.

Deze studie is een samenwerking met professor astronomie en natuurkunde Charles Gammie en postdoctoraal onderzoeker astronomie Qian Yang, het Illinois Center for Advanced Study of the Universe, en onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara; de Universiteit van St. Andrews, VK; het Strijkijzer Instituut; de Universiteit van Southampton, VK; de Marine Academie van de Verenigde Staten; en de Universiteit van Durham, VK

Burke, Shen en Liu zijn ook verbonden aan het Center for Astrophysical Surveys van het National Center for Supercomputing Applications in Illinois.