Het Phoenix-cluster is een enorme opeenstapeling van ongeveer 1, 000 sterrenstelsels, op 5,7 miljard lichtjaar van de aarde. In het centrum ligt een enorm sterrenstelsel, die sterren lijkt uit te spugen met een snelheid van ongeveer 1, 000 per jaar. De meeste andere sterrenstelsels in het heelal zijn veel minder productief, elk jaar maar een paar sterren uit piepen, en wetenschappers hebben zich afgevraagd wat de extreme stellaire output van de Phoenix-cluster heeft gevoed.

Nu wetenschappers van MIT, de Universiteit van Cambridge, en elders wellicht een antwoord. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift , het team meldt het waarnemen van stralen van hete, Gas van 10 miljoen graden dat uit het zwarte gat van de centrale melkweg schiet en grote bellen in het omringende plasma blaast.

Deze jets werken normaal gesproken om stervorming te blussen door koud gas weg te blazen - de belangrijkste brandstof die een melkwegstelsel verbruikt om sterren te genereren. Echter, de onderzoekers ontdekten dat de hete stralen en bellen die uit het centrum van de Phoenix-cluster komen, ook het tegenovergestelde effect kunnen hebben van het produceren van koud gas, dat op zijn beurt weer regent op de melkweg, nog meer starbursts aanwakkeren. Dit suggereert dat het zwarte gat een manier heeft gevonden om een ​​deel van zijn hete gas te recyclen als koud, brandstof voor het maken van sterren.

"We dachten dat de rol van zwarte-gatstralen en bellen was om stervorming te reguleren en om afkoeling te voorkomen, " zegt Michael McDonald, assistent-professor natuurkunde aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT. "We dachten een beetje dat het one-trick pony's waren, maar nu zien we dat ze echt kunnen helpen om af te koelen, en het is niet zo'n kant en klare foto."

De nieuwe bevindingen helpen de uitzonderlijke sterproducerende kracht van de Phoenix-cluster te verklaren. Ze kunnen ook nieuw inzicht verschaffen in hoe superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels onderling groeien en evolueren.

Tot de co-auteurs van McDonald's behoren hoofdauteur Helen Russell, een astronoom aan de universiteit van Cambridge; en anderen van de Universiteit van Waterloo, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, de Universiteit van Illinois, en elders.

hete stralen, koude filamenten

Het team analyseerde waarnemingen van het Phoenix-cluster verzameld door de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), een verzameling van 66 grote radiotelescopen verspreid over de woestijn van Noord-Chili. in 2015, de groep kreeg toestemming om de telescopen op de Phoenix-cluster te richten om de radio-emissies te meten en om tekenen van koud gas te detecteren en in kaart te brengen.

De onderzoekers keken door de gegevens naar signalen van koolmonoxide, een gas dat overal aanwezig is waar koud waterstofgas is. Vervolgens hebben ze de uitstoot van koolmonoxide omgezet in waterstofgas, om een ​​kaart van koud gas te genereren nabij het centrum van de Phoenix-cluster. De resulterende foto was een raadselachtige verrassing.

"Je zou in het midden een knoop koud gas verwachten, waar stervorming plaatsvindt, " zegt McDonald. "Maar we zagen deze gigantische filamenten van koud gas die zich uitstrekken tot 20, 000 lichtjaar van het centrale zwarte gat, voorbij het centrale sterrenstelsel zelf. Het is best mooi om te zien."

Het team had eerder NASA's Chandra X-Ray Observatory gebruikt om het hete gas van de cluster in kaart te brengen. Deze waarnemingen leverden een beeld op waarin krachtige jets met bijna de lichtsnelheid uit het zwarte gat vlogen. Verder weg, de onderzoekers zagen dat de jets gigantische bellen in het hete gas opbliezen.

Toen het team zijn afbeelding van het koude gas van de Phoenix-cluster op de kaart van heet gas plaatste, vonden ze een "perfecte ruimtelijke overeenkomst":de lange filamenten van ijskoude, Gas van 10 Kelvin leek over de bellen van heet gas te zijn gedrapeerd.

"Dit is misschien wel de beste foto die we hebben van zwarte gaten die het koude gas beïnvloeden, ' zegt MacDonald.

Het zwarte gat voeden

Wat de onderzoekers denken dat er gebeurt, is dat, als jet bellen van hete, 10 miljoen graden gas in de buurt van het zwarte gat, ze slepen een kielzog van iets koeler achter zich aan, Gas van 1 miljoen graden. De bubbels komen uiteindelijk los van de jets en drijven verder de melkwegcluster in, waar het gasspoor van elke luchtbel afkoelt, vormen lange filamenten van extreem koud gas die condenseren en terugregenen op het zwarte gat als brandstof voor stervorming.

"Het is een heel nieuw idee dat de bellen en jets de distributie van koud gas op enigerlei wijze kunnen beïnvloeden, ' zegt MacDonald.

Wetenschappers hebben geschat dat er in de buurt van het centrum van de Phoenix-cluster voldoende koud gas is om nog 30 tot 40 miljoen jaar in hoog tempo sterren te blijven produceren. Nu de onderzoekers een nieuw feedbackmechanisme hebben ontdekt dat het zwarte gat mogelijk van nog meer koud gas voorziet, de stellaire output van het cluster kan nog veel langer aanhouden.

"Zolang er koud gas is dat het voedt, het zwarte gat zal deze jets blijven uitstoten, " zegt McDonald. "Maar nu hebben we ontdekt dat deze jets meer voedsel produceren, of koud gas. Dus je zit in deze cyclus die, in theorie, kan nog heel lang doorgaan."

Hij vermoedt dat de reden dat het zwarte gat in staat is om voor zichzelf brandstof te genereren, iets te maken heeft met zijn grootte. Als het zwarte gat relatief klein is, het kan jets produceren die te zwak zijn om koud gas volledig van het cluster weg te blazen.

"Op dit moment is [het zwarte gat] misschien vrij klein, en het zou zijn alsof je een burger in de ring zet met Mike Tyson, McDonald zegt. "Het is gewoon niet aan de taak om dit koude gas zo ver weg te blazen dat het nooit meer terug zou komen."

Het team hoopt de massa van het zwarte gat te bepalen, en ook andere identificeren, even extreme sterrenmakers in het heelal.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.