Een wetenschapper van Clemson University heeft de krachten gebundeld met een internationaal team van astronomen om periodieke gammastraling van 11 actieve sterrenstelsels te identificeren. de weg vrijmaken voor toekomstige studies van onconventionele sterrenstelsels die mogelijk twee superzware zwarte gaten in hun centra herbergen.

Onder astronomen, het is al lang bekend dat de meeste sterrenstelsels een zwart gat in hun centrum herbergen. Maar sterrenstelsels met een paar zwarte gaten zijn theoretisch gebleven.

De resultaten van het onderzoek van het team verschenen in Het astrofysische tijdschrift op 19 juni, 2020 in een paper getiteld "Systematic search for gamma-ray periodicity in active galactic kernen gedetecteerd door de Fermi Large Area Telescope."

"In het algemeen, superzware zwarte gaten worden gekenmerkt door massa's van meer dan een miljoen massa's van die van onze zon, " zei Pablo Peñil, hoofdauteur van de studie en een Ph.D. student aan de Universidad Complutense de Madrid in Spanje. "Sommige van deze superzware zwarte gaten, bekend als actieve galactische kernen (AGN) bleken deeltjes te versnellen tot bijna de lichtsnelheid in gecollimeerde bundels die jets worden genoemd. De emissie van deze jets wordt gedetecteerd door het hele elektromagnetische spectrum, maar het grootste deel van hun energie komt vrij in de vorm van gammastralen."

Gamma stralen, welke de meest extreme vorm van licht zijn, worden gedetecteerd door de Large Area Telescope aan boord van NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope. AGN wordt gekenmerkt door abrupte en onvoorspelbare variaties in helderheid.

"Het identificeren van regelmatige patronen in hun gammastraling is als kijken naar de stormachtige zee en zoeken naar de kleine regelmatige reeks golven veroorzaakt door, zeggen, de passage van een kleine boot, "Zei Peñil. "Het wordt heel snel heel uitdagend."

Het team heeft de eerste moeilijke stap gezet om een ​​groot aantal sterrenstelsels te identificeren die in de loop van de jaren periodiek worden uitgezonden en probeert de vraag te beantwoorden wat dat periodieke gedrag in deze AGN veroorzaakt. Verschillende van de mogelijke verklaringen zijn fascinerend.

"De volgende stap is de voorbereiding van waarnemingscampagnes met andere telescopen om deze sterrenstelsels nauwlettend te volgen en hopelijk de redenen achter deze boeiende waarnemingen te ontrafelen, " zei co-auteur Marco Ajello, een universitair hoofddocent in de afdeling natuurkunde en astronomie van het College of Science aan de Clemson University. "We hebben een paar mogelijkheden in gedachten - van vuurtoreneffecten geproduceerd door de jets tot modulaties in de stroom van materie naar het zwarte gat - maar een zeer interessante oplossing zou zijn dat periodiciteit wordt geproduceerd door een paar superzware zwarte gaten die om elkaar heen draaien Het begrijpen van de relatie van deze zwarte gaten met hun omgeving is essentieel voor een compleet beeld van de vorming van sterrenstelsels."

Dankzij een decennium aan Fermi-LAT-waarnemingen, het team was in staat om de herhaling van gammastralingssignalen over cycli van een paar jaar te identificeren. Gemiddeld, deze emissies herhaalden zich ongeveer om de twee jaar.

"Onze studie vertegenwoordigt het meest complete werk tot nu toe over de zoektocht naar periodiciteit in gammastralen, een onderzoek dat instrumenteel zal zijn bij het verkrijgen van inzichten over de oorsprong van dit eigenaardige gedrag, " zei co-auteur Alberto Domínguez, Ph.D. van Peñil supervisor in Madrid en ook een voormalig postdoctoraal onderzoeker in de groep van Ajello bij Clemson. "We hebben negen jaar ononderbroken LAT-waarnemingen in de hele lucht gebruikt. Van de meer dan tweeduizend geanalyseerde AGN, slechts ongeveer een dozijn vallen op door deze intrigerende cyclische emissie."

Het vergroten van de beperkte steekproef van periodieke emitters vormt een belangrijke sprong voorwaarts voor het begrijpen van de onderliggende fysieke processen in deze sterrenstelsels.

"Voorheen was bekend dat slechts twee blazars periodieke veranderingen in hun gammastraalhelderheid vertoonden. Dankzij onze studie, we kunnen vol vertrouwen zeggen dat dit gedrag aanwezig is in 11 andere bronnen, " zei co-auteur Sara Buson, een professor aan de Universiteit van Würzburg in Duitsland. "In aanvulling, onze studie vond 13 andere sterrenstelsels met hints van cyclische emissie. Maar om dit met zekerheid te bevestigen, we moeten wachten tot Fermi-LAT nog meer gegevens verzamelt."