Ett vanligt händelsemönster av aktivitet i svarta hål formar närliggande galaxer

 

Bild wikipedia Galaxen NGC 2207 sedd från Hubbleteleskopet. Ett exempel på galaxer därute.

Forskning, baserad på observationer från VLT i Chile  very large teleskopets MUSE-instrument (Multi Unit Spectroscopic Explorer) visar att aktiva galaxkärnor (AGN), eller ljusstarka områden utifrån material som faller in i ett supermassivt svart hål, är kopplade till stjärnbildande ringar eller bågar, konformade områden av energirik gas och snabba "chockvågor", uppståenden från energiflöden som interagerar med omgivande gas.

"När vi förstod hur detta skedde kunde vi se att de svarta hålen inte bara drar in saker utan också kastar iväg saker," beskriver Peixin Zhu, doktorand och astronom vid Center for Astrophysics. Skeendena är  beroende av varandra.

Studien fokuserade på galaxer vars centrala svarta hål aktivt drar in närliggande material mestadels bestående av gas och damm..

"Vi ser att svarta hål inte bara konsumerar material i galaxers centrum utan även aktivt omformar  sin omgivning," beskriver Lisa Kewley, astrofysiker vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, chef för centret och Zhus rådgivare. "Detta arbete hjälper oss att förstå en komplex återkopplingscykel som spelar en viktig roll i galaxutveckling."

Teamet använde en ny tredimensionell teknik för att skilja mellan tre källor: stjärnbildning, strålning från det aktiva svarta hålet och excitation (energi tillförelse) genom chockvågor. Chockexcitation uppstår när höghastighetsutflöden från det centrala svarta hålet kolliderar med det interstellära mediet. Över hela provet fann forskarna att stjärnbildande ringar eller bågar uppstod på avstånd av cirka 0,8 till 6 kiloparsec från galaxens centrum. Joniserade koner av svarta håls strålning sträckte sig utåt från galaxernas skivor medan centrala regioner dominerade av snabba stötar som ofta sträckte sig vinkelrätt mot dessa områden.

Forskarna fann också bevis för stötar i vinkelräta  riktningar mot AGN-biconerna.  AGN innebär en aktiv galaxkärna. Zhu noterar att dessa stötar i stort sett är förenliga med interaktioner mellan AGN-jetsrålar och det interstellära mediet, även om vindar från det aktiva svarta hålet också kan bidra, särskilt i galaxer med lägre jetstråls händelser..

"Det mest intressanta fenomenet med chockvågorna är att de alltid går vinkelrätt mot området där det svarta hålets injicerade utflöden utgår," beskriver Peixin. "Detta är mycket vanligt och vi ser det ständigt dyka upp över alla de nio undersökta galaxerna."

Studiens resultat kombinerade högupplösta observationer och detaljerade teoretiska modeller. MUSE-instrumentet gav rumsligt upplösta optiska data, medan de toppmoderna teoretiska datamodellerna som byggdes av Zhu och hennes kollegor, astrofysikerna Lisa Kewley från Center for Astrophysics och Ralph Sutherland vid Australian National University, gjorde det möjligt  att jämföra observationer av förutsägelser av svarta håls aktivitet, stjärnbildning och chockvågsaktivitet. Chandra-röntgenobservationer stödde också forskarnas tolkning.

Resultatet visar att aktivt växande svarta hål har en komplex cykel av ackretion, utflöde och interaktion med sina omgivande galaxer. Genom att separera effekterna av svarta håls strålning, stjärnbildning och chockvåger ger studien en tydligare bild av den cykeln och dess relation till stjärnbildning.

Studien publicerades nyligen i The Astrophysical Journal där man  beskriver  perspektivet på hur AGN-återkoppling kan påverka galaxers tillväxt och utveckling. 

Centret för astrofysik | Harvard & Smithsonian är ett samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. 

Svarta hål från tiden innan BigBang formar ännu universum

 

Bild https://www.port.ac.uk/ En gravitationell kollaps av ett stort materiemoln leder till en studs och efterföljande expansion. Ett svart hål i universums skala bildas tillsammans med mindre relik svarta hål (skeenden innan BigBang) som finns i mörk energi och mörk materia.

Svarta hål som bildades före Big Bang kan fortfarande existera idag som 'kosmiska fossil', vilket potentiellt kan hjälpa till att förklara den mystiska mörka materia som formar galaxer över universum. Detta enligt ny forskning från University of Portsmouth.

Studiens resultat (se nedan) antyder att universum kanske inte började som ett enda explosivt BigBang utan istället kan stämma överens med kosmiska studs-modeller där universum uppstod ur en tidigare sammandragning och lämnade kvar relik-svarta hål (hål från innan BigBang) som kan finnas ännu i vår tid som 'kosmiska fossil'.

Om teorin om dessa uråldriga objekt stämmer kan de hjälpa till att förklara flera långvariga mysterier inom kosmologin, inklusive mörk materians natur och de processer som ligger bakom bildandet av galaxer.

Professor Enrique Gaztañaga, huvudförfattare till studien från University of Portsmouths Institute of Cosmology and Gravitation och Institute of Space Sciences i Barcelona , beskriver: "I nästan ett sekel har kosmologer spårat universums historia tillbaka till ett enda dramatiskt ögonblick känt som Big Bang. I den teorin uppstod rum och tid från ett extremt hett, tätt tillstånd för cirka 13,8 miljarder år sedan följt av miljarder år av kosmisk expansion och galaxbildning.

"Modellen (teorin) har varit anmärkningsvärt framgångsrik. Den förklarar den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Den svaga strålningen som finns kvar från det tidigaste universum och förutsäger exakt hur galaxer är fördelade över enorma kosmiska avstånd.

"Men några av fysikens djupaste mysterier är ännu  olösta. Vi vet fortfarande inte vad som utlöste Big Bang, varför universum började som BigBang, vad som orsakade den korta snabba expansionen som kallas inflation, eller vad den osynliga mörka materian är som väger ungefär fem gånger tyngre än vanlig materia. 

Men likväl inte kunnat bevisas. Min tanke är möjligheten att både mörk materia och mörk energi är gravitation mörk materia en form av hårt sammanpressad gravitation som kan ses som materia. Mörk energi en antigravitation som förklara expansionen av universum och dess fortsatta ökning. 

"Vår forskning utforskar en möjlighet som kan koppla samman flera av dessa pussel: universum kanske inte började med en enda smäll alls, utan uppstod istället ur en kosmisk studs som efterliknar inflation, där några av universums äldsta objekt potentiellt överlevde som reliker från tiden innan det." Vissa svarta hål kan ha bildats under den tidigare kosmiska fasen och överlevt studsen och lämnat kvar relikobjekt som fortfarande kan påverka galaxernas struktur miljarder år senare. Andra kunde bildas strax efter studsen från förstärkta densitetsfluktuationer, där materia i det tidiga universum var ojämnt fördelad i starkare, mer uttalade klumpar än vanligt. Dessa förstärkta materiaklumpar skulle kollapsa lättare under sin egen gravitation, vilket gör det mer sannolikt att stora kosmiska strukturer (och svarta hål) bildats tidigt.

I Einsteins allmänna relativitetsteori motsvarar Big Bang en singularitet en punkt där tätheten blir oändlig och de kända fysikaliska lagarna bryter samman. Många fysiker tolkar detta som ett tecken på att vår nuvarande beskrivning av universums tidigaste ögonblick är ofullständig.

En alternativ idé är en studsande kosmologi, där vårt universum har sitt ursprung i ett mycket stort moln som först drar ihop sig och sedan studsar tillbaka in i expansion. Istället för att kollapsa till en oändlig singularitet når universum en mycket hög men ändlig densitet innan det vänder sin rörelse.

Professor Gaztañaga beskriver: "Singulariteter signalerar ofta att vår teoretiska beskrivning har nått sina gränser. En studs ger universum en möjlighet att gå från kontraktion till expansion utan att kräva ny exotisk fysik."

Forskarna föreslår att studsen kan uppstå naturligt från kvantfysiken. Vid extremt höga densiteter skapar kvanteffekter ett kraftfullt tryck som förhindrar att materia komprimeras obegränsat  ett fenomen som redan stabiliserar täta objekt som vita dvärgar och neutronstjärnor och återskapar den inflationsdrivna expansionsfasen.

I den nya modellen kan en liknande effekt uppstå på kosmiska skalor. När universum drar ihop sig kan detta kvanttryck stoppa kollapsen och utlösa en återhämtning i expansion. Forskningen publicerades i Physical ReviewD, en prenumerationsbaserad tidskrift och kan även nås via följande länk: