Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Slapende superzware zwarte gaten die kortstondig worden gewekt door versnipperde sterren

Deze afbeelding, gemaakt met de Very Long Baseline Array (VLBA), toont twee superzware zwarte gaten, die verschijnen als klodders met rode stroken. De zwarte gaten bevinden zich in het centrum van een elliptisch sterrenstelsel. Kleuren vertegenwoordigen verschillende spectrale hellingen in radio-emissie, waarbij rood de meest dichte gebieden rondom de zwarte gaten aangeeft. Het zwarte gat aan de rechterkant heeft waarschijnlijk onlangs een massieve ster opgeslokt, waardoor deze twee ultrasnelle jets heeft afgevuurd. De uiteinden van die jets verschijnen als groene klodders boven en onder het zwarte gat. Credit:H.L. Maness/Grinnell College

Een nieuw onderzoek naar een obscure klasse van sterrenstelsels, bekend als Compact Symmetric Objects, oftewel CSO’s, heeft onthuld dat deze objecten niet helemaal zijn wat ze lijken. CSO's zijn actieve sterrenstelsels die superzware zwarte gaten in hun kern herbergen. Uit deze monsterlijke zwarte gaten komen twee jets voort die met bijna de snelheid van het licht in tegengestelde richtingen reizen. Maar in vergelijking met andere sterrenstelsels die over krachtige jets beschikken, reiken deze jets niet over grote afstanden; ze zijn veel compacter.



Tientallen jaren lang vermoedden astronomen dat maatschappelijke organisaties eenvoudigweg jong waren en dat hun jets uiteindelijk over grotere afstanden zouden reizen. Nu wordt er gerapporteerd in drie verschillende artikelen in The Astrophysical Journal heeft een door Caltech geleid team van onderzoekers geconcludeerd dat maatschappelijke organisaties niet jong zijn, maar eerder een relatief kort leven leiden.

"Deze maatschappelijke organisaties zijn niet jong", legt Anthony (Tony) Readhead uit, de emeritus Robinson-hoogleraar astronomie, die het onderzoek leidde. “Je zou een 12-jarige hond niet jong noemen, ook al heeft hij een korter leven geleid dan een volwassen mens. Deze objecten zijn een geheel eigen soort die in duizenden jaren leeft en uitsterft in plaats van miljoenen jaren.” van jaren die gebruikelijk zijn in sterrenstelsels met grotere jets."

In de nieuwe onderzoeken heeft het team de literatuur en observaties uit het verleden van meer dan 3.000 CSO-kandidaten beoordeeld, waarbij 64 als reëel werden geverifieerd en nog eens 15 CSO’s werden geïdentificeerd. Al deze objecten waren eerder waargenomen door de Very Long Baseline Array (VLBA) van de National Radio Astronomy Observatory, en sommige waren waargenomen door andere radiotelescopen met hoge resolutie.

Kosmische objecten die Compact Symmetrische Objecten (CSO's) worden genoemd, ontstaan ​​waarschijnlijk wanneer een enkele massieve ster te dicht bij een superzwaar zwart gat dwaalt en in stukken wordt gescheurd. Het proces, dat in deze animatie wordt benadrukt, resulteert in felle bipolaire jets die tot 5000 jaar meegaan. Credit:B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

"De VLBA-waarnemingen zijn de meest gedetailleerde in de astronomie en leveren beelden op met details die gelijkwaardig zijn aan het meten van de breedte van een mensenhaar op een afstand van 160 kilometer", zegt Readhead.

De analyse van het team concludeert dat maatschappelijke organisaties gedurende 5000 jaar of minder straalvliegtuigen uitstoten en vervolgens uitsterven.

"De CSO-jets zijn zeer energieke jets, maar ze lijken uit te schakelen", zegt Vikram Ravi, assistent-professor astronomie bij Caltech en co-auteur van een van de onderzoeken. "De jets stoppen met stromen uit de bron."

Wat de kortlevende jets betreft, denken de wetenschappers dat de oorzaak een Tidal Disruption Event (TDE) is, die optreedt wanneer een enkele ster te dicht bij een superzwaar zwart gat afdwaalt en wordt verslonden.

‘We denken dat een enkele ster uit elkaar wordt gescheurd, en dat al die energie vervolgens in jets wordt gekanaliseerd langs de as waar het zwarte gat rond draait’, zegt Readhead. "Het gigantische zwarte gat begint onzichtbaar voor ons, en als het dan een ster opslokt, boem - het zwarte gat heeft brandstof en wij kunnen het zien."

Deze illustratie laat zien hoe Compact Symmetric Objects, of CSO's, waarschijnlijk ontstaan. Wanneer een enkele, massieve ster te dicht bij een zwart gat (links) dwaalt, wordt hij verslonden. Hierdoor schiet het zwarte gat een ultrasnelle, bipolaire straal uit (midden). De jet strekt zich naar buiten uit en de hete uiteinden gloeien met radio-emissies (rechts). Credit:B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Readhead vermoedde al in de jaren negentig dat maatschappelijke organisaties mogelijk door TDE's werden aangedreven, maar hij zegt dat het idee grotendeels onopgemerkt bleef door de wetenschappelijke gemeenschap. "De hypothese werd vrijwel vergeten omdat er jaren verstreken voordat er steeds meer observationeel bewijsmateriaal voor TDE's begon op te stapelen", zegt hij. Ten tijde van zijn oorspronkelijke hypothese waren er slechts drie maatschappelijke organisaties gevonden.

Snel vooruit naar 2020. Readhead, die zijn onderzoek naar maatschappelijke organisaties had onderbroken om zich te verdiepen in verschillende problemen in de radioastronomie, besloot dat het tijd was om het onderwerp opnieuw te bekijken. Hij verzamelde een aantal van zijn collega's op Zoom en ze besloten de literatuur door te spitten en objecten eruit te halen die ten onrechte als maatschappelijke organisaties waren geclassificeerd. In de daaropvolgende twee jaar onderzocht het team meer dan 3.000 CSO-kandidaten, waardoor de groep werd teruggebracht tot slechts tientallen die aan de criteria voldeden om echte CSO's te zijn.

Uiteindelijk begon zich een beeld te vormen van maatschappelijke organisaties als een geheel aparte familie met straaljagers die veel eerder uitsterven dan hun gigantische broeders, zoals die van de extreem krachtige Cygnus A, een sterrenstelsel dat extreem krachtige straaljagers uitstraalt die helder gloeien op radiogolflengten. . Deze jets strekken zich uit tot afstanden van ongeveer 230.000 lichtjaar in elke richting en gaan tientallen miljoenen jaren mee. Daarentegen reiken de CSO-jets maximaal ongeveer 1500 lichtjaar uit en sterven ze na ongeveer 5000 jaar uit.

Volgens de astronomen ontstaan ​​de CSO-jets waarschijnlijk wanneer een superzwaar zwart gat niet zomaar een ster, maar een substantiële ster eet.

Deze afbeelding, vastgelegd door de Very Long Baseline Array (VLBA), toont het Compact Symmetric Object (CSO), bekend als J1734+0926. De rode klodders zijn de uiteinden van een krachtige bipolaire straal die uit een onzichtbaar zwart gat komt. Krediet:M.L. Lister/Purdue Universiteit

"De TDE's die we eerder hebben gezien, duurden maar een paar jaar", zegt Ravi. "Wij denken dat de opmerkelijke TDE's die CSO's aandrijven veel langer meegaan, omdat de verstoorde sterren erg groot zijn, erg zwaar, of beide."

Door de gevarieerde verzameling CSO-radiobeelden te analyseren, zeggen de onderzoekers dat ze kunnen nagaan hoe de objecten in de loop van de tijd verouderen, bijna alsof ze naar een fotoalbum van het leven van een CSO kijken om te observeren hoe zijn vliegtuigen evolueren. De jongere CSO's hebben kortere jets die dichter bij de zwarte gaten staan, terwijl de oudere objecten jets hebben die verder uit hun zwarte gat reiken.

Hoewel de meeste jets uitsterven, schatten de wetenschappers dat één op de honderd een lang leven zal leiden, zoals die van Cygnus A. In die zeldzame gevallen zullen de sterrenstelsels waarschijnlijk samensmelten met andere sterrenstelsels, een turbulent proces dat een grote hoeveelheid brandstof.

Als de ontdekkingen van Readhead en zijn team worden bevestigd met aanvullende waarnemingen, zullen de CSO's een geheel nieuwe mogelijkheid bieden om te bestuderen hoe massieve sterren in de centra van sterrenstelsels interageren met superzware zwarte gaten.

‘Deze objecten vormen inderdaad een aparte populatie met hun eigen specifieke oorsprong, en het is nu aan ons om er meer over te weten te komen en hoe ze zijn ontstaan’, zegt Readhead. "Het kunnen bestuderen van deze objecten op tijdschalen van jaren tot tientallen jaren in plaats van miljoenen jaren heeft de deur geopend naar een geheel nieuw laboratorium voor het bestuderen van superzware zwarte gaten en de vele onverwachte en onvoorspelbare verrassingen die ze met zich meebrengen."

Meer informatie: S. Kiehlmann et al, Compacte symmetrische objecten. I. Naar een alomvattende bonafide catalogus, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0c56

S. Kiehlmann et al, Compacte symmetrische objecten. II. Bevestiging van een aparte populatie van actieve sterrenstelsels met hoge helderheid, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0cc2

A.C.S Readhead et al, Compact Symmetric Objects. III. Evolutie van de tak met hoge helderheid en een mogelijk verband met getijdenverstoringsgebeurtenissen, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0c55

Journaalinformatie: Astrofysisch tijdschrift

Aangeboden door California Institute of Technology




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Als moeders de genen van de vader in plantenembryo's uitschakelen
  2. Hoe een van de X-chromosomen in vrouwelijke embryonale stamcellen tot zwijgen wordt gebracht
  3. Wat is cyberchondrie?
  4. Het sociale leven van weesolifanten is aanzienlijk veranderd door stroperij
  5. In een dierentuin gekweekte koralen hebben zich aangesloten bij het grootste rif van Europa. Dit biedt wetenschappers hoop
  6. Voedingsgewoonte van Maleisische fruitvleermuizen
  7. Hoe ingewikkelde patronen ontstaan ​​in zich ontwikkelende weefsels
  8. Typen morfologie
  9. Hoeveel mogelijke combinaties van eiwitten zijn mogelijk met 20 verschillende aminozuren?

Wetenschap