Zwarte gaten met verschillende lichtsignaturen, maar waarvan werd gedacht dat het dezelfde objecten waren die vanuit verschillende hoeken werden bekeken, bevinden zich in feite in verschillende stadia van de levenscyclus, volgens een onderzoek onder leiding van Dartmouth-onderzoekers.

Het onderzoek naar zwarte gaten die bekend staan ​​als 'actieve galactische kernen' of AGN's, zegt dat het definitief de noodzaak aantoont om het veelgebruikte 'verenigde model van AGN' te herzien dat superzware zwarte gaten karakteriseert omdat ze allemaal dezelfde eigenschappen hebben.

De studie, gepubliceerd in The Astrophysical Journal Supplement Series , geeft antwoorden op een zeurend ruimtemysterie en zou onderzoekers in staat moeten stellen preciezere modellen te maken over de evolutie van het universum en hoe zwarte gaten zich ontwikkelen.

"Deze objecten hebben onderzoekers al meer dan een halve eeuw verbijsterd", zegt Tonima Tasnim Ananna, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij Dartmouth en hoofdauteur van het artikel. "In de loop van de tijd hebben we veel aannames gedaan over de fysica van deze objecten. Nu weten we dat de eigenschappen van verduisterde zwarte gaten aanzienlijk verschillen van de eigenschappen van AGN's die niet zo zwaar verborgen zijn."

Er wordt aangenomen dat superzware zwarte gaten zich in het centrum van bijna alle grote sterrenstelsels bevinden, inclusief de Melkweg. De objecten verslinden galactisch gas, stof en sterren, en ze kunnen zwaarder worden dan kleine sterrenstelsels.

Al tientallen jaren zijn onderzoekers geïnteresseerd in de lichtsignaturen van actieve galactische kernen, een soort superzwaar zwart gat dat 'aangroeit' of zich in een snelle groeifase bevindt.

Vanaf het einde van de jaren tachtig realiseerden astronomen zich dat lichtsignaturen afkomstig uit de ruimte, variërend van radiogolflengten tot röntgenstralen, konden worden toegeschreven aan AGN's. Er werd aangenomen dat de objecten meestal een ring van gas en stof om zich heen hadden in de vorm van een donut. Men dacht dat de verschillende helderheid en kleuren van de objecten het resultaat waren van de hoek van waaruit ze werden waargenomen en hoeveel van de torus het zicht belemmerde.

Hieruit werd de uniforme theorie van AGN's het heersende begrip. De theorie geeft aan dat als een zwart gat door zijn torus wordt bekeken, het zwak moet lijken. Als het van onder of boven de ring wordt bekeken, moet het helder lijken. Volgens de huidige studie was het eerdere onderzoek echter te veel afhankelijk van gegevens van de minder verduisterde objecten en scheve onderzoeksresultaten.

De nieuwe studie richt zich op hoe snel zwarte gaten zich voeden met ruimtematerie, of hun accretiesnelheden. Uit het onderzoek bleek dat de accretiesnelheid niet afhankelijk is van de massa van een zwart gat, maar aanzienlijk varieert, afhankelijk van hoe verduisterd het wordt door de gas- en stofring.

"Dit ondersteunt het idee dat de torusstructuren rond zwarte gaten niet allemaal hetzelfde zijn", zegt Ryan Hickox, hoogleraar natuurkunde en astronomie en co-auteur van het onderzoek. "Er is een relatie tussen de structuur en hoe deze groeit."

Het resultaat laat zien dat de hoeveelheid stof en gas rond een AGN direct gerelateerd is aan hoeveel het voedt, wat bevestigt dat er naast oriëntatie verschillen zijn tussen verschillende populaties van AGN's. Wanneer een zwart gat met een hoge snelheid aangroeit, blaast de energie stof en gas weg. Als gevolg hiervan is het waarschijnlijker dat het vrij is en helderder lijkt. Omgekeerd wordt een minder actieve AGN omgeven door een dichtere torus en lijkt hij zwakker.

"In het verleden was het onzeker hoe de verduisterde AGN-populatie verschilde van hun gemakkelijker waarneembare, niet-verduisterde tegenhangers," zei Ananna. "Dit nieuwe onderzoek toont definitief een fundamenteel verschil aan tussen de twee populaties dat verder gaat dan de kijkhoek."

De studie komt voort uit een tien jaar durende analyse van nabijgelegen AGN's die zijn gedetecteerd door Swift-BAT, een hoge-energie NASA-röntgentelescoop. Met de telescoop kunnen onderzoekers het lokale universum scannen om verduisterde en niet-verduisterde AGN's te detecteren.

Het onderzoek is het resultaat van een internationale wetenschappelijke samenwerking - de BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) - die al meer dan tien jaar werkt aan het verzamelen en analyseren van optische/infraroodspectroscopie voor AGN, waargenomen door Swift BAT.

"We hebben nog nooit zo'n grote hoeveelheid röntgenstraling gedetecteerd, verduisterd lokaal AGN", zegt Ananna. "Dit is een grote overwinning voor röntgentelescopen met hoge energie."

De paper bouwt voort op eerder onderzoek van het onderzoeksteam dat AGN's analyseert. Voor het onderzoek ontwikkelde Ananna een rekentechniek om het effect van verduisterende materie op de waargenomen eigenschappen van zwarte gaten te beoordelen, en analyseerde ze gegevens die door het bredere onderzoeksteam met behulp van deze techniek werden verzameld.

Volgens het artikel kunnen onderzoekers, door te weten wat de massa van een zwart gat is en hoe snel het zich voedt, bepalen wanneer de meeste superzware zwarte gaten het grootste deel van hun groei hebben doorgemaakt, en zo waardevolle informatie verschaffen over de evolutie van zwarte gaten en het universum.

"Een van de grootste vragen in ons vakgebied is waar komen superzware zwarte gaten vandaan", zegt Hickox. "Dit onderzoek biedt een cruciaal stuk dat ons kan helpen die vraag te beantwoorden en ik verwacht dat het een toetssteenreferentie zal worden voor deze onderzoeksdiscipline."

Toekomstig onderzoek kan zich richten op golflengten waarmee het team verder dan het lokale universum kan zoeken. Op kortere termijn wil het team graag begrijpen wat AGN's ertoe aanzet om in de hoge accretiemodus te gaan en hoe lang het duurt voordat AGN's snel accreteren om over te gaan van zwaar verduisterd naar onbelemmerd. + Verder verkennen

Astronomen onderzoeken de minst massieve zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels in het lokale universum