En kvasar är en extremt ljusstark och avlägsen aktiv
galaxkärna. Bilden ovan från wikipedia visar Kvasaren 3C 273 som finns i
stjärnbilden jungfrun på ett foto taget av rymdteleskopet Hubble.
Nya bevis har upptäckts om att supermassiva svarta
hål bildades redan under den första miljarden år efter BigBang. Studien, har gjorts
av forskare vid INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica i Rom Italien) vilka
analyserat 21 avlägsna kvasarer och visat att dessa objekt befinner sig i en
fas av extremt snabb tillväxt. Detta ger värdefulla insikter om hur de bildats
och utvecklats tillsammans med galaxen vari de finns.
De har observerats i röntgenbandet av rymdteleskopen
XMM-Newton och Chandra. Resultaten tyder på att de supermassiva svarta hålen i
mitten av dessa stora kvasarer, de första som bildades under den kosmiska
gryningen, kan ha nått sina extraordinära massor genom mycket snabb och
intensiv ackretion, vilket ger en rimlig förklaring till deras existens i
universums tidiga skede.
Kvasarer är aktiva galaxer som drivs av de centrala
supermassiva svarta hålen (så kallade aktiva galaxkärnor) och som avger en
enorm mängd energi när de drar till sig materia. De är extremt ljusstarka och
avlägsna från oss. Kvasarerna som undersökts i den här studien är bland de mest
avlägsna objekt som någonsin observerats och dateras till en tid då universum
var mindre än en miljard år gammalt.
I arbetet visade analysen av röntgenstrålning från
dessa objekt ett helt oväntat beteende hos de supermassiva svarta hålen. Ett
samband fanns mellan formen på röntgenstrålningen och hastigheten på de
materievindar som kastas ut av kvasarerna. Detta förhållande kopplar vindhastigheten
som kan nå tusentals kilometer per sekund till temperaturen på gasen i koronan.
Det område som avger röntgenstrålning närmast det svarta hålet. Koronan visade
sig vara kopplad till de kraftfulla ackretionsmekanismerna i det svarta hålet
självt. Kvasarer med lågenergi av röntgenstrålning och därmed lägre temperatur
i koronan uppvisar starkare vindar. Detta indikerar en mycket snabb tillväxtfas
som överskrider en fysisk gräns för ansamling av materia som kallas
Eddington-gränsen, vilket är anledningen till att denna fas kallas
"super-Eddington". Omvänt tenderar kvasarer med högre energiutsläpp
av röntgenstrålning att uppvisa svagare vindar.
https://sv.wikipedia.org/wiki/Eddington-luminositet
– Vårt arbete tyder på att de supermassiva svarta
hålen i mitten av de första kvasarerna som bildades under den första miljarden
år av universums existens faktiskt kan ha ökat sin massa mycket snabbt vilket
utmanar fysikens gränser, beskriver Alessia Tortosa, huvudförfattare till
studien och forskare vid INAF i Rom. Upptäckten av detta samband mellan
röntgenstrålning och vindar är avgörande för att förstå hur så stora svarta hål
kunde ha bildats på så kort tid, vilket ger en konkret ledtråd för att lösa ett
av de största mysterierna inom modern astrofysik.
Resultatet uppnåddes främst genom att analysera data
som samlats in med rymdteleskopet XMM-Newton vid Europeiska rymdorganisationen
ESA, vilket möjliggjorde cirka 700 timmars observationer av kvasarerna. Det mesta
av datan som samlats in mellan 2021 och 2023 som en del av det fleråriga
XMM-Newton Heritage Programme, under ledning av Luca Zappacosta, forskare vid
INAF i Rom, är en del av HYPERION-projektet som syftar till att studera
hyperluminösa kvasarer under universums kosmiska gryning. Den omfattande
observationskampanjen leddes av ett team av italienska forskare och fick stöd
från INAF som finansierade programmet och därmed stödde spjutspetsforskning om
den evolutionära dynamiken i universums tidiga strukturer.
– I HYPERION-programmet fokuserade vi på två
nyckelfaktorer: å ena sidan det noggranna urvalet av kvasarer att observera och
att välja ut titanerna, det vill säga de som hade samlat på sig så mycket massa
som möjligt och å andra sidan den djupgående studien av deras egenskaper i
röntgenstrålning, något som aldrig tidigare gjorts på ett så stort antal objekt
från den första tiden av universum, beskriver Luca Zappacosta, forskare vid
INAF i Rom. Resultaten vi får är genuint oväntade, och de pekar alla på en
super-Eddington-tillväxtmekanism hos de svarta hålen.
Studien ger viktiga insikter för framtida
röntgenuppdrag, som ATHENA (ESA), AXIS och Lynx (NASA), som är planerade att
skjutas upp mellan 2030 och 2040. Faktum är att de erhållna resultaten kommer
att vara användbara för att förfina nästa generations observationsinstrument
och för att definiera bättre strategier för att undersöka svarta hål och aktiva
galaxkärnor i röntgenstrålning vid mer avlägsna kosmiska epoker. Dessa är
nyckelelement för att förstå bildandet av de första galaktiska strukturerna i
universums första tid.
Studien publicerades den 20 november 2024 i
tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Kan den snabba tillväxten berott på att det under de första tiotals miljonerna åren fanns stora mängder av gas som gjorde att kvasarbildning mm tog en otroligt accederande fart.
