AVIZ

Gas fra fremmede galakser vækker supertunge sorte huller til live

De kolliderende spiralgalakser NGC 2207 og IC 2163. Billede: NASA and The Hubble Heritage Team
De kolliderende spiralgalakser NGC 2207 og IC 2163. Billede: NASA and The Hubble Heritage Team

Pressemeddelelse

9.3.2023 13:42:00 CET | Københavns Universitet – Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet

I den ydre del af Mælkevejen roterer vores blå planet i sin bane omkring Solen, vores solsystems store tunge centrum. Cirka 26.000 lysår herfra findes det supertunge sorte hul Sagittarius A* i vores galakses centrum. En sovende kæmpe 4,3 millioner gange tungere end solen.

Sorte huller er enorme kræfter i vores univers, og de kan vokse sig til supertunge giganter – endda mange tusinde gange tungere end Sagittarius A* – ved at indtage store mængder materiale. De mekanismer, som gør det muligt for dem at vokse sig store, har dog længe været en gåde for forskerne.

Nu er forskere fra DARK ved Niels Bohr Institutet, sammen med en kollega i USA, lykkedes med at påvise én effektiv måde, som sorte huller i midten af galakser bliver aktive og stiller appetitten på: Nemlig ved at fortære intergalaktisk gas, der bliver transporteret fra en galakse til en anden – i forbindelse med et sammenstød af galakser, eller når en galakse passerer nært forbi en anden.

”Vores observationsdata viser, at gas, der stammer fra interaktionerne mellem galakser, kan transporteres gennem en galakse og ned til det sorte hul, der befinder sig i centrum af galaksen. Dermed bliver det sorte hul aktiveret. Vi ser en direkte sammenhæng mellem gas uden for galakser og chancen for aktive supertunge sorte huller,” fortæller Sandra Raimundo fra DARK på Niels Bohr Instituttet, som er den ledende forsker i studiet.

Et vigtigt spørgsmål har været, hvordan gas når frem til de sorte huller. Forskerne har med dette studie påvist én af mekanismerne, der driver gas mod centrum af galakser.

Resultatet er baseret på observationer af 3000 udvalgte galakser, og det er første gang forskere har fået observationsdata som bevis for mekanismen, der altså kan forklare, hvordan de sorte huller vokser sig store.

”For at supertunge sorte huller kan vokse, skal gas falde ned i det, så det kan øge sin masse. Det hedder ”accretion”. Når det sker, siger vi, at det sorte hul er aktivt. Vi kan observere det, fordi gassen varmes op, så den frigiver enorme mængder af energi i form af elektromagnetisk stråling inden den falder i det sorte hul, og det kan vi måle her fra Jorden, forklarer Sandra Raimundo.

Gas ude af trit med galaksen

For forskerne er det meget interessant, at de nye resultater viser, at en større andel af galakserne har aktive sorte huller, når gassen bevæger sig i den modsatte retning af galaksens rotation.

”De her observationer giver os et klart link mellem interagerende galakser, den modsatrettede gas derfra og så aktive sorte huller, hvor gassen er i stand til at nå frem og få det sorte hul til at vokse,” siger Sandra Raimundo.

Studiets data viste også eksempler på aktive sorte huller, hvor der ikke var modsatrettet gas tilstede i galaksen, men hvor det supertunge sorte hul alligevel var aktivt. Mekanismen kan altså ikke alene forklare, hvordan supertunge sorte huller vokser, men den spiller en væsentlig rolle, viser data.

Hvordan selve mekanismen fungerer er noget forskerne ønsker at undersøge nærmere i den videre forskning. Indtil videre har de kun teorier og simulationsdata, der forklarer, hvad det er der sker. De mener det kan spille ind, at den modsatrettede gas er ustabil og ude af kredsløb.

”Selvom den modsatrettede gas kommer med sin egen energi fra rotationen, så kan sammenstødet med de modsatrettede bevægelser i galaksen få gassen til at tabe den rotationsenergi. På den måde vil gassen være overladt til galakse-kernens tyngdekraft og kunne falde hurtigere mod det sorte hul i centrum,” forklarer Sandra Raimundo, der er hovedforfatter på studiet.

Forskningen kan blandt andet være med til at afdække endnu et mysterium, fordi de supertunge sorte huller i midten af galakser menes at spille en afgørende rolle i at regulere, hvorvidt galaksen generer nye stjerner, når de er aktive.

”For at studere, hvordan sorte huller og stjernedannelse i galakser hænger sammen, er vi nødt til først at forstå, hvordan sorte huller udvikles, hvornår og hvordan de bliver aktive. Det her studie får os en hel del nærmere på sådan en forståelse.” kommenterer Marianne Vestergaard, én af medforfatterne på studiet, og fremhæver:

”Det spændende ved disse observationer er, at det er første gang det er muligt at identificere gas der er indfanget fra andre galakser og spore det hele vejen ned til centret, hvor det sorte hul fortærer det.”

Kan ske i Mælkevejen i en fjern fremtid

Vores eget supertunge sorte hul i Mælkevejen er næsten helt i dvale, da det indtager meget lidt gas. En dag i fremtiden kan det dog ske, at mekanismen med modsatrettet gas også vil føre gas ned igennem Mælkevejen og få den nu rolige kæmpe Sagittarius A* til at vågne.

En måde det kan ske på er igennem interaktion med vores nabogalakse Andromeda. Den har nemlig kurs imod os og kan støde sammen med Mælkevejen eller passere tæt forbi om 4,5 milliarder år. I begge scenarier kan gas fra Andromeda finde vej til vores sorte hul i midten af Mælkevejen.  

I mellemtiden skal vi måske være taknemmelige for, for den lave aktivitet i vores galakses centrum, da højaktive sorte huller udsender kraftig stråling og højenergipartikler, som kunne være skadelige for os og vores lille blå planet, hvis de kunne nå os.

Fakta: Det er bare gas

Gas er grundlaget for skabelsen af både sorte huller og stjerner. Tænker man på gas som luftart kan det lyde mærkeligt, at det tungeste i det kendte univers skulle stamme derfra, men sådan er det.

Brint og helium udgør hovedmåltidet, men de sorte huller i galaksers centrum æder alle kendte stoffer i Universet. Alle grundstoffer har en gasform.

Sorte huller spiser også stjerner og sågar andre sorte huller. Det er en langsom proces, hvor de først går i et kredsløb om det sorte hul for til sidst at blive opslugt.

Sorte huller

Fra sorte huller undslipper end ikke lyset og de kan i sagens natur ikke observeres direkte. Aktive sorte huller kan dog identificeres fordi den gas, der roterer omkring det udsender store mængder af energi. Det sker fordi gassen varmes op af friktion, der opstår.

Tre (-fire) kategorier af sorte huller:

  1. Stellare sorte hulller formes når stjerner oprindeligt med over 25 gange solens masse kollapser. Med kendte eksempler ikke meget større end Storkøbenhavn kan de være meget små relativt, men deres tæthed ekstrem – med en masse mellem ca. 3-100 gange solens. Forskere mener der kan være så mange som 100 milioner I vores galakse alene.
  2. Mellemstørrelse. Længe var kategorien af mellemstore sorte huller (100-100.000 gange solens masse) et ”missing link”, men de seneste år er en række kandidater blevet påvist med god troværdighed.
  3. Supertunge (`supermassive’) sorte huller: 100.000 – 10 milliarder gange Solens masse. Sidste år lykkedes det at frembringe et billede Sagittarius A* i centrum a Mælkevejen. Forskere mener at næsten alle galakser huser et supertungt sort hul i sit centrum.
  4. (?)Der er fortsat utroligt meget, som vi endnu ikke ved om sorte huller, og listen over særlige fænomener og teoretiske kategorier er lang. En vigtig teoretisk kategori, som forskerne     forventer at finde, men som endnu ikke er observeret, er de såkaldte Primordiale sorte huller, som skulle være formet i det tidlige univers og teoretisk kan være mikroskopiske. 

Om studiet

Sandra Raimundo og hendes forskningshold har brugt Teleskop-observationer af over 3000 galakser foretaget af et forskningsteam i Australien.

Datasættet var et godt match med DARK-forskernes metode, fordi hver enkel galakse var blevet observeret og affotograferet, men også data om gassens og stjernernes hastighed indgik.

Analysen blev lavet ved at se på de 3.000 galakser og beregne, hvordan både gassen og stjernerne bevægede sig. Forskerne udvalgte så galakser, hvor gassens hastighed og stjernernes hastighed var ude af trit. Derefter kiggede de på alle galakserne og fandt ud af, hvilke der havde aktive supermassive sorte huller.

På den måde fandt forskerne en markant større andel af de galakser, hvor de kunne registrere gas ude af trit med galaksens rotation – og dermed intergalaktisk – havde aktive sorte huller.

Andre læser også

Vigtigheden af affaldssortering

    Affaldshåndtering er en essentiel del af at beskytte miljøet og fremme bæredygtighed. Ved at sortere vores affald korrekt kan vi reducere mængden af affald, der ender på lossepladser, mindske forureningen [...]
    Læs mere

    Find de smukkeste smykker

      Smykker har i årtusinder været en integreret del af menneskets kultur og selvudtryk. Fra de antikke civilisationers prægtige guldkreationer til nutidens moderne design er smykker mere end blot tilbehør – [...]
      Læs mere