En jetstråle från ett svart hål träffar ett okänt objekt

 

Bild https://chandra.si  Källa C4 i Centaurus A-galaxen. (Källa: NASA/CXC/SAO/D. Bogensberger et al.; Bildbehandling: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)

Även materia som kastas ut från svarta hål kan stöta på något i mörkret därute. Med hjälp av NASA:s Chandra X-ray Observatory har astronomer upptäckt ett ovanligt fenomen från ett stort svart håls kraftfulla jetstråle då strålen träffar ett oidentifierat objekt på dess väg i universum.

Centaurus A (Cen A) är en galax som finns cirka 12 miljoner ljusår från jorden. Astronomer har länge studerat Cen A eftersom galaxen har ett supermassivt svart hål i sitt centrum vilket skickar ut jetstrålar som sträcker sig ut över hela galaxen. Det svarta hålets jetstrålar består inte av högenergipartiklar från det svarta hålet själv utan från det starka gravitations- och magnetfältet runt detta.

Bilden ovan visar röntgenstrålar med låg energi som Chandra ser i ett rosa sken, röntgenstrålar med medelhög energi i lila och röntgenstrålar med högst energi i blått.

I den senaste studien har forskarna kommit fram till att jetstrålen åtminstone på vissa ställen rör sig nära ljusets hastighet. Med hjälp av den djupaste röntgenbilden som någonsin gjorts av Cen A fann de även ett område där strålningen är V-formad i ett ljusstarkt område av röntgenstrålningen något som inte hade setts tidigare i galaxen.

Denna källa, kallas C4 och finns nära jetstrålens väg från det svarta hålet och är markerat i den infällda bilden. V:ets armar är minst 700 ljusår långa.

Forskarna har en aning om vad som händer men identiteten på det objekt som sprängs i området är ett mysterium eftersom det är för avlägset för att dess detaljer ska kunna ses. Inte ens i bilder från dagens mest kraftfulla teleskop kan man utröna vad det är.

Det okända objektet som rammas kan vara en massiv stjärna, antingen en ensam sådan eller ett dubbelstjärnsystem. Röntgenstrålningen från C4 skulle kunna orsakas av kollisionen mellan partiklarna i jetstrålen och gasen i en vind som blåser ut från stjärnan (stjärnorna). Kollisionen kan generera turbulens vilket orsakar en ökning av densiteten hos gasen i jetstrålen. Detta antänder i sin tur röntgenstrålningen som Chandra registrerar. Men än är allt teori. Funderar på om det kan vara ett gasmoln som strålen träffat på och som ger skenet då det antänds.

En artikel som beskriver dessa resultat finns i det senaste numret av The Astrophysical Journal. Författarna till studien är David Bogensberger (University of Michigan), Jon M. Miller (University of Michigan), Richard Mushotsky (University of Maryland), Niel Brandt (Penn State University), Elias Kammoun (University of Toulouse, Frankrike), Abderahmen Zogbhi (University of Maryland) och Ehud Behar (Israel Institute of Technology).

NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, förvaltar Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerar den vetenskapliga verksamheten från Cambridge, Massachusetts, och flygverksamheten från Burlington, Massachusetts.

Många novor i jetstrålens utkant i galaxen M87

 

Bild https://hubblesite.org/ Black Hole Jet and Accompanying Erupting Nova (Artist's Concept)

M87 är en gigantisk elliptisk galax i stjärnbilden Jungfrun. Den är ungefär 10 miljarder år gammal och den största galaxen i Virgohopen,(en galaxhop) och en av de största kända galaxerna i universum. M87 finns ungefär 55 miljoner ljusår bort från oss.

Astronomer har med hjälp av NASA:s rymdteleskop Hubble upptäckt att den blåslampliknande jetstrålen från ett supermassivt svart hål i kärnan av M87 gör att stjärnor att produceras längs dess bana. Stjärnorna,  här är novor (En nova är en stjärna, vanligtvis en vit dvärgstjärna i nära kontakt med en röd jättestjärna, som under en period ökar sin ljusstyrka kraftig)  är inte fångade inuti jetstrålen, utan verkar befinna sig i ett oroligt område i dess utkant. 

Fyndet förbryllar forskare. – Vi vet inte vad som händer, men det är ett väldigt spännande resultat, beskriver Alec Lessing vid Stanford University, huvudförfattare till studien som är publicerad The Astrophysical Journal. Det betyder att det är något som saknas i vår förståelse av hur jetstrålar från svarta hål interagerar med sin omgivning, beskriver han.

En nova får ett utbrott i ett dubbelstjärnesystem där en åldrande, uppsvälld (då stjärnan sväller upp till en röd jättestjärna), normal stjärna släpper ut väte  på en utbränd vit dvärgstjärna. När dvärgen har samlat på sig ett milsdjupt ytskikt av väte exploderar lagret. Den vita dvärgen förstörs inte av novautbrottet, som kastar ut dess ytskikt och sedan återgår till att suga upp bränsle från sin följeslagare igen och novautbrottscykeln börjar om igen.

Hubble upptäckte dubbelt så många novor som exploderade nära jetstrålen som någon annanstans i galaxen under den undersökta tidsperioden. Jetstrålen skjuts upp av ett centralt svart hål med en massa på 6,5 miljarder solmassor omgivet av en skiva av virvlande materia. Det svarta hålet, som är fyllt av infallande materia, skickar iväg en 3 000 ljusår lång plasmastråle som far genom rymden med nästan ljusets hastighet.

Upptäckten av dubbelt så många novor nära jetstrålen innebär att det finns dubbelt så många novabildande dubbelstjärnsystem nära jetstrålen eller att dessa system bryter ut dubbelt så ofta som liknande system på andra håll i galaxen.

"Det är något jetstrålen gör med stjärnsystemen som vandrar in i det omgivande grannskapet. Kanske plöjer jetplanet på något sätt vätebränsle på de vita dvärgarna, vilket gör att de får utbrott oftare, beskriver Lessing. – Men det är inte klart att det är en fysisk knuff. Det kan vara effekten av trycket från ljuset som kommer från jetstrålen. När det  levereras vätgas snabbare sker utbrott snabbare. Något kan  fördubbla massöverföringshastigheten till de vita dvärgarna då de kommer nära jetstrålen.

En annan idé som forskarna övervägde är att jetstrålen värmer upp den vita dvärgens följeslagare (den röda jättestjärnan) vilket får den att svämma över ytterligare och dumpa mer väte på dvärgstjärnan. Forskarna beräknade dock att denna uppvärmning inte alls är tillräckligt stor för att få denna effekt.

– Vi är inte de första som har sagt att det ser ut som att det pågår mer aktivitet runt M87-planet, bekriver Michael Shara, en av forskarna vid American Museum of Natural History i New York City. Men Hubble har visat denna ökade aktivitet med långt fler exempel och statistisk signifikans än vi någonsin fått tidigare.

Strax efter Hubbleteleskopets uppskjutning 1990 använde astronomer den första generationens Faint Object Camera (FOC) för att se in i centrum av M87 och det svarta hålet där. De noterade att ovanliga saker hände här. Hubble såg astronomernas blåaktiga "transienta händelser" som kunde vara ett bevis på att novor poppade upp i närheten. Men FOC:s syn var så snäv att Hubble-astronomerna inte kunde titta bort från jetstrålen för att jämföra med område som låg nära jetstrålen. I över två decennier förblev resultaten mystiskt lockande.

Övertygande bevis för jetstrålens inflytande på stjärnorna i galaxen samlades in under ett nio månader långt intervall av Hubble-observationer med nyare kameror med bredare vy för att räkna utbrotten från novorna. Detta var en utmaning för teleskopets observationsschema eftersom det krävde att M87 återbesöktes exakt var femte dag för att få en ny bild. Genom att lägga ihop alla M87-bilder fick man de djupaste bilderna av M87 som någonsin tagits.

Hubble fann 94 novor i den tredjedel av M87 som dess kamera kunde omfatta. "Jetstrålen var inte det enda vi tittade på – vi tittade på hela det inre av galaxen. När man väl hade sett på alla kända novor ovanpå M87 behövde man ingen statistik för att övertyga sig själv om att det finns ett överskott av novor längs jetstrålen.

Denna prestation beror helt och hållet på Hubbles unika kapacitet. Bilder från markbaserade teleskop är inte tillräckligt skarpa för att se novor djupt inne i M87. De kan inte ge en upplösning som visar enstaka stjärnor eller stjärnutbrott nära galaxens kärna eftersom det svarta hålets omgivningar är alldeles för ljusa och bländande. Endast Hubble kan upptäcka novor mot den ljusa M87-bakgrunden.

Beräkningar visar att novor är anmärkningsvärt vanliga i universum. En nova bryter ut någonstans i M87 varje dag. Men eftersom det finns minst 100 miljarder galaxer i det synliga universum, bryter cirka 1 miljon novor ut varje sekund någonstans där ute.

Siffran ovan är hisnande man får tanke på hur stort universum är och novor är inte ensamma stjärnor som vår sol eller exoplaneter. Min misstanke över mängden novor i utkanten av jetstrålen är att kraften i jetstrålen ökar en stjärnas förbränning så den blir en röd jätte snabbare på grund av dess närhet till strålen.

Första bilden på hur ett svart hål kastar ut en jetstråle.

 

Astronomer har  för första gången tagit en a bild av ett svart hål då  det kastar ut en kraftfull jetstråle.

Bilden visar händelsen som skedde från det svarta hålet i centrum av galaxen Messier 87 (M87). Det  svarta hål som var det som blev först avbildat av människan. Bilden av det svarta hålet (första fotot av ett svart hål) togs av Event Horizon Telescope (EHT) i ett  samarbete under 2017 och presenterades 2019 för allmänheten och gav nobelpriset i Fysik 2020. /

Bilden ovan visar för första gången hur basen av en jetstråle rör sig med en hastighet som närmar sig ljusets från materia som virvlar runt ett svart hål ögonblicken innan materian dras ner i hålet.  En process som kallas ackretion. https://sv.wikipedia.org/wiki/Ackretionsskiva

Vid tidigare bildtagningar  av M87:s centrala svarta hål hade det lyckats få bild på jetstrålen det sänder ut och även på det svarta hålet självt. Men aldrig  de två funktionerna tillsammans. Därför är det en historisk bild  som nu tagits. M87 har en massa som är 6,5 miljarder gånger större än  solens och det finns 55 miljoner ljusår från jorden. 

Ovan nytagna  bild av M87 och utflödet av jetstrålen  togs med hjälp av data från 2018 från radioteleskopen Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Greenland Telescope och Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), som arbetade tillsammans för i att bilda ett virtuellt instrument av jordens storlek (ungefär som EHT-nätverket gör). 

De flesta eller alla stora galaxer antas numera ha massiva svarta hål i sitt centrum. En del av dessa svarta hål  likt det i mitten av M87 drar till sig stora mängder materia av gas och damm  och även stjärnor om de får möjlighet till detta.

Det resulterar i att de kastar ut kraftfulla strålar av materia som rör sig med nära ljushastigheten och kan sträcka sig många tusen ljusår ut från den galax där de finns. Hur dessa utkast går till och varför de sker är okänt, beskriver studiemedlem Ru-Sen Lu, från Shanghai Astronomical Observatory, det i teamets forskning som publicerades online den 26 april i tidskriften Nature.

Förutom att visa strålen då den spränger ut ur det svarta hålet visar bilden även vad forskare kallar skuggan av det svarta hålet. När materia rör sig runt det svarta hålet med nära ljusets hastighet genom ett enormt gravitationellt skeende värms materialet upp och lyser.

Det ger den ljusa gyllene ring som ses i EHT: s bilder av M87 och det supermassiva svarta hålet i centrum av Vintergatan, (Sagittarius A* (Sgr A*)). I mitten av denna glödande gyllene ring finns totalt mörker det är vad som kallas skuggan av det svarta hålet.

Med hjälp av nätverk av teleskop kommer astronomer nu att arbeta vidare för att bättre förstå hur inmatning av materia i svarta hål ger kraftfulla jetstrålar bestående av materia.

Vi planerar att observera området av det svarta hålet i centrum av M87 i olika radiovåglängder för att ytterligare studera jetstrålens emission. De kommande åren blir spännande eftersom vi då kommer att lära oss mer om vad som händer nära en av de mest mystiska regionerna i universum. beskriver Eduardo Ros, från Max Planck-institutet för radioastronomi det.

Bilden är från https://www.space.com/ och visar den kraftfulla jetstrålen som kommer från det supermassiva svarta hålet i hjärtat av galaxen Messier 87. (Bildkredit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

Den hittills längsta och starkaste jetstrålen som upptäckts från ett svart hål.

Astronomer vid Western Sydney University har upptäckt en av de kraftigaste strålarna från ett svart hål.

Strålen sträcker sig mer än en miljon ljusår ut från hålet med en enorm energi i nästan ljusets hastighet,. Det svarta hål där fenomenet sker finns i galaxen NGC2663, som finns 93 miljoner ljusår bort från oss.

När vi ser på denna galax med ett ordinärt teleskop ser vi den välbekanta ovala formen av en elliptisk galax innehållande ungefär tio gånger fler stjärnor än Vintergatan (se bild ovan).

NGC2663 observerades med CSIRO:s Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) i västra Australien – ett nätverk av 36 länkade radioteleskopdiskar som tillsammans bildar ett enda superteleskop. 

Radiovågorna avslöjade en stråle av materia från galaxens centrum och där ett svart hål. Detta kraftfulla flöde av material sträcker sig cirka 50 gånger längre bort än galaxen i sig om våra ögon kunde se den på natthimlen skulle det vara större än månen sett från Jorden.

Astronomer har upptäckt jetstrålar av detta slag tidigare men dennas enorma storlek (mer än en miljon ljusår över i diameter) och den relativa närheten till NGC2663 gör den till en av de kraftigaste jetstrålarna vi känner till på himlen.

Forskningen av fenomenet skedde under ledning av doktorand Velibor Velović vid Western Sydney University och studien har godkänts för publicering i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Denna jetstrålningsprocess är analog med en effekt som ses i jetmotorer från flygplan. När avgasplymen spränger genom atmosfären skjuts den ut på sidorna av omgivningstrycket. Det får strålen att expandera, dra ihop sig och pulsera där den färdas.

Som bilden visar (se länken här) ser vi ljuspunkter i strålen, kända som "chockdiamanter" på grund av formen. När flödet komprimeras lyser de starkare. 

Först med upptäckten i NGC2663 har vi sett en effekt i så enorm skala som denna.

Detta säger oss att det finns tillräckligt med materia i det intergalaktiska utrymmet runt NGC2663 för att det ska trycka mot jetstrålens sidor vilket i sin tur värmer och pressar strålen.

Det blir en återkopplingsslinga: intergalaktiskt materia matas in i en galax, galaxens svarta hål producerar en jetstråle av det inkommande materialet och skickar iväg denna ut i kosmos..

Dessa jetstrålar påverkar hur gas bildas till galaxer.

Bild på galaxen NGC2663 från Wikii2 som ingår i vikipedia.  

 

En kall jetstråle strömmar ur galaxen NGC 1377.

659071070 miljoner ljusår bort sker ett fenomen av ovanligt slag. En kall jetstråle strömmar ut från  ett svart hål. Jetstrålar av het gas är vanligt men en kall med en temperatur av -163-263C är en ny upptäckt.

Teorin är att en kall jetstråle har med tillväxten av ett svart hål att göra. Den är tyngre an heta strålar och drar in massa i hålet från galaxens mitt. Detta bör göra att tillväxttakten minskar efterhand.

Teorin kan bli en pusselbit i hur svarta hål uppstår och  varför. Kunskap vi saknar idag

Första fotot på en blå jetstråle taget från en astronaut i rymden.

För första gången blev en så kallad blå stråle avfotograferad från rymden. Vad är då en blå stråle? Jo följande.

"Blå jetstrålar (engelska Blue jets) börjar på åskmolnets ovansida och expanderar som en jetstråle till en halv mils diameter, de når ca 8 mils höjd.

De rör sig med ca 100 km/s och varar i ca 250 millisekunder." citerat från vikipedia.

Det unika fotot vilket kan ses här är fascinerande.

Hur dessa urladdningar uppkommer och varför är en gåta ännu likt mycket som har med åska att göra.