Artistieke impressie van een donut van stof en gas rond een actief superzwaar zwart gat NASA/JPL-Caltech

Sommige sterrenstelsels bevatten superzware zwarte gaten die vraatzuchtige eters zijn, gas verbruiken, stof en al het andere dat te dichtbij komt, inclusief licht. In hun voerwoede, deze kolossen wekken veel energie op in de kernen van hun gaststelsels, de kosmos verblinden met krachtige straling. Het centrale superzware zwarte gat van ons melkwegstelsel, Boogschutter A*, is een slapende poes in vergelijking.

Deze kloppende galactische harten staan ​​bekend als "actieve galactische kernen, " of AGN, en, in nieuw onderzoek online gepubliceerd in het tijdschrift Nature op 27 september, een internationale groep onderzoekers heeft een basistheorie (de verenigde theorie) omvergeworpen waarvan astronomen dachten dat deze deze AGN kenmerkten. Het onderzoek zou ons kunnen helpen beter te begrijpen hoe sterrenstelsels en superzware zwarte gaten met elkaar evolueerden.

Superzware Donuts

Bij het observeren van deze heldere sterrenstelsels, astronomen merkten twee verschillende soorten AGN op. Sommige sterrenstelsels hadden een zeer heldere AGN (Type I), terwijl andere AGN zwak waren (Type II). Na tientallen jaren van onderzoek met verschillende telescopen die gevoelig zijn voor een reeks frequenties, astronomen dachten dat deze twee typen AGN één en dezelfde waren - de reden voor de twee typen was slechts een kwestie van perspectief.

"Men dacht dat wat we zagen in feite een configuratie van stof en gas rond het zwarte gat was, die eruitziet als een opgeblazen donut - of een torus, " zegt astronoom Richard Mushotzky, een professor aan de Universiteit van Maryland en co-auteur van de studie.

"Dus, voor de Type II's, we kijken naar de zwarte gaten door de zijkant van de donut, waar veel stof en gas in onze gezichtslijn is; Type Is is wanneer we vanaf de bovenkant van de donut naar beneden kijken [met weinig stof en gas in onze gezichtslijn], " hij legt uit.

Hieruit volgt dat Type Is helderder zal zijn dan Type II's. Echter, Mushotzky betoogt, er is een groeiend aantal spectroscopisch bewijs dat suggereert dat, in feite, daar is een fysiek verschil tussen de twee soorten AGN - en het wordt niet veroorzaakt door een donutvorm.

Galactische röntgenfoto's maken

Met behulp van gegevens van de Burst Alert Telescope (BAT) die is bevestigd aan NASA's Swift-ruimtetelescoop, de onderzoekers konden "zien" door elk gas en stof dat meer dan 800 voedende zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels omringt. BAT bekijkt het universum in harde röntgenstralen - dezelfde röntgenstralen die radiologen gebruiken om onze skeletten door ons lichaam te 'zien' - dus het maakt niet uit vanuit welke hoek Swift de AGN bekeek, het kan door elke wolk heen snijden en precies zien hoeveel energie de superzware zwarte gaten genereren.

Als aanvulling op Swift, de onderzoekers gebruikten gegevens van een tiental andere telescopen op de grond over de hele wereld, waarvoor een wereldwijde samenwerking van wetenschappers nodig is, het BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) Consortium. Met deze gegevens, de onderzoekers onthulden dat Type I en Type II AGN in feite verschillend zijn, structureel en energetisch.

"Deze studie zegt dat ja, daar is iets intrinsiek anders - en dat is eigenlijk hoe snel de zwarte gaten zich voeden, ', zegt Mushotzky.

Hoewel ze vaak worden gezien als onverzadigbare verslinders van alle materie, zelfs de superzware zwarte gaten hebben hun grenzen. "Er is een maximale snelheid waarmee een zwart gat zich kan voeden - als je meer materiaal probeert te proppen dan het maximum, het zwarte gat wijst het in principe af; het is een kieskeurige eter, " voegt Mushotzky toe.

Dus, het grootste verschil tussen AGN-types is dat Type Is omgeven is door meer stof en gas, daarom verwerpen ze meer materie en voeden ze veel hogere energie-emissies dan Type II's. Dit is de onderliggende reden waarom Type Is zo helder is:deze zwarte gaten consumeren de omringende materie totdat ze, letterlijk, kan niet meer eten.

Verblinde vooringenomenheid

Een voortdurende puzzel in de astronomie is hoe superzware zwarte gaten evolueerden met hun sterrenstelsels. Omdat bekend is dat de meeste sterrenstelsels monsterlijke zwarte gaten bevatten, de voor de hand liggende vraag is:hoe beïnvloeden zwarte gaten de evolutie van sterrenstelsels en vice versa?

Aangezien sterrenstelsels met actieve zwarte gaten in hun kernen een manier zijn om enorme hoeveelheden straling die wordt gegenereerd en de impact ervan op sterrenstelsels waar te nemen, AGN is gebruikt als laboratorium om stervorming op deze tumultueuze plaatsen te bestuderen. Maar de sterren van Type I-sterrenstelsels zijn moeilijk waar te nemen - extreem heldere kernen overstemmen het licht van de sterren van de melkweg. Omdat het uniforme model ervan uitging dat Type I en Type II in wezen hetzelfde zijn, astronomen hebben meestal Type II's bestudeerd - omdat ze zwakkere kernen hebben en de sterren van de sterrenstelsels gemakkelijk te zien zijn.

Maar, zoals deze nieuwe ontdekking bevestigt, dit idee is gebrekkig, zegt Mushotzky. Er is een vooroordeel geweest om alleen Type II's te bestuderen, en Type Is zijn over het hoofd gezien.

"Nu we weten dat Type I [zwarte gaten] meer energie uitspuwen dan Type II's, we moeten opnieuw bekijken wat we eerder hebben geconcludeerd, " hij zegt.

Nu is dat willekeurig

Over donuts gesproken, sommigen beweren dat de grootste donut ooit een gelei-confectie was die 4,9 meter breed en 0,4 meter hoog was. En toch houdt het nog steeds geen kaars vast aan een "donut" rond een zwart gat.