Risken av en kvasarhändelse

 

Kvasarer upptäcktes för första gången för 60 år sedan. De kan lysa lika starkt som en biljon stjärnor packade i en volym  stor som vårt solsystem. Efter årtiondena sedan de först observerades har det förblivit ett mysterium. Ännu förstår man inte vad som utlöser en sådan kraftfull aktivitet.

I en ny studie under ledning av forskare vid universiteten i Sheffield och Hertfordshire har man avslöjat att de uppkommer då galaxer kraschar samman. Man undrar då hur det bli med jorden eller vår galax den gången i en mycket avlägsen framtid då Vintergatan och Andromedagalaxen sammanslås?

Kollisioner av detta slag upptäcktes när forskare med hjälp av djupbildsobservationer från Isaac Newton-teleskopet på La Palma observerade förekomsten av förvrängda strukturer i de yttre delarna av de galaxer där kvasarer finns.

Troligen alla galaxer har supermassiva svarta hål i centrum. I galaxer finns även mängder av gas för det mesta finns denna på stora avstånd från galaxers centrum utom räckhåll för de svarta hålens dragningskraft (den gas som funnits eller kommit för nära ett svart hål har dragits ner i dessa).

Vid kollisioner mellan galaxer driver gasen i galaxerna mot det svarta hålet i galaxernas centrum; Strax innan gasen kommit ner i det svarta hålet frigörs  mängder av energi i form av strålning vilket resulterar i det karakteristiska kvasarskenet.

Antändningen av en kvasar kan få dramatiska konsekvenser för hela galaxen – den kan kasta ut all återstående gas ur galaxen vilket förhindrar nya stjärnor att bildas  under miljarder år in i framtiden.

Studien gav ett betydande steg framåt i förståelsen av hur kvasarer utlöses och drivs.

Professor Clive Tadhunter, från University of Sheffields institution för fysik och astronomi, beskrev det som att kvasarer är ett av de mest extrema fenomenen i universum och det vi sett kommer sannolikt att representera framtiden för vår egen galax Vintergatan när den kolliderar med Andromedagalaxen om cirka fem miljarder år.

Det är spännande att observera dessa händelser och äntligen förstå varför de inträffar - men tack och lov kommer jorden inte att vara någonstans nära en av dessa apokalyptiska episoder under lång tid. beskriver Tadhunter det i studien.

Dr Jonny Pierce, postdoktoral forskare vid University of Hertfordshire, förklarar:

Kvasarer är ett område som forskare runt om i världen är angelägna om att lära mer om - en av de viktigaste vetenskapliga motivationerna för NASAs James Webb Space Telescope är att studera de tidigaste galaxerna i universum och Webb kan upptäcka ljus från även de mest avlägsna kvasarerna de som emitterades för nästan 13 miljarder år sedan. Kvasarer spelar en nyckelroll i vår förståelse av universums historia och möjligen också för Vintergatans framtid.

Deras arbete anser jag vara en viktig bit till vår förståelse av hur kvasarer kommer till.

Bild vikipedia Kvasaren 3C 273 på ett foto taget av rymdteleskopet Hubbleteleskopet.

Galaxer förenas runt en röd kvasar i närheten av ett monstruöst svart hål

 

En kvasar en extremt ljusstark och avlägsen och aktiv galaxkärna. Den överglänser galaxen så dess stjärnor drunknar i ljus. 

Med hjälp av James Webb Space Telescope går det att se 11,5 ljusår bort (tillbaka i tiden ett ljusår är det avstånd ljuset  åker iväg under ett år från sin källa ca 9,6 biljoner km) på det tidiga universum. Nyligen upptäckte astronomer en galaxhop som dras samman runt en sällsynt röd kvasar som finns runt ett stort massivt svart hål. Upptäckten kommer från Johns Hopkins University och ett internationellt team där. Upptäckten erbjuder en oöverträffad möjlighet att se hur galaxer för miljarder år sedan samlades till det som nu är universum.

"Vi tror att något dramatiskt är på väg att hända i detta system", säger medförfattare Andrey Vayner en av Johns Hopkins postdoktorer som studerar galaxernas utveckling (i tiden upptäckten ses under). "Galaxen är i detta ögonblick under sin livstid, på väg att förvandlas och kommer att se helt annorlunda ut om några miljarder år." (i vår tid ser det numera helt annorlunda ut men kan självfallet inte ses)

Studien publicerades i press i Astrophysical Journal Letters och finns tillgänglig på arXivs arkiv. Den bländande ljusa kvasaren, som drivs av vad Zakamska kallar ett "monster" svart hål i mitten av den galaktiska virveln är en sällsynt "extremt röd" kvasar, cirka 11,5 miljarder ljusår bort från oss och en av de mest kraftfulla som någonsin setts på ett sådant avstånd. Det är i huvudsak ett svart hål i formation, säger Vayner. Ett svart hål som äter gasen runt den och växer till i massa. Moln av damm och gas mellan jorden och den glödande gasen i riktning mot det svarta hålet får kvasaren att se röd ut.

Teamet arbetar redan med uppföljningsobservationer av denna händelse för att bättre förstå hur täta, kaotiska galaxhopar bildas och hur de påverkas av supermassiva svarta hål.

"Det du ser här är bara en liten delmängd av vad som finns i datan av upptäckten, säger Zakamska. – Det händer mycket här så vi lyfte i studien först fram vad som är den största överraskningen. Varje ljusklump här är en babygalax som smälter samman i denna ”modergalax” färgerna visar på skilda hastigheter i det som sker och det hela rör sig på ett extremt komplicerat sätt. Nu ska vi börja reda ut hur , i vilken följd och vad som sker.

Spännande att få veta vad som kommer ur detta.

En Hubble-bild av kvasaren och samma område sett med James Webb Space Telescope. Bilden visar flera galaxer som samlas, där varje färg representerar en annan hastighet: Rött rör sig bort från oss. Blått rör sig mot oss.

KREDIT:ESA/WEBB, NASA & CSA, D. WYLEZALEK, A. VAYNER & Q3D-TEAMET, N. ZAKAMSKA.

En svärm av galaxer i bana runt en starkt lysande galax i vars centrum finns en kvasar

 

Med hjälp av Very Large Telescope och radioteleskopet ALMA i Chile har ett team av astronomer och forskare från Niels Bohr-institutet upptäckt en svärm av galaxer som kretsar i omgivningen av och runt en mycket starkt lysande och kraftigt stjärnbildande galax i det tidiga universum (innebärande många miljarder ljusår bort). Observationen ger viktiga ledtrådar till hur  ljusstarka galaxer växer i storlek och kan utveckla sitt centrum till energirika kvasarer som strålar ut ljus över större delen av det observerbara universum. 

En kvasar är en extremt ljusstark och avlägsen aktiv galaxkärna. Den överglänser galaxen där den finns så mycket att denna inte tidigare har kunnat observeras. Först med hjälp av fotografisk CCD-teknik och senare adaptiv optik har många av dessa galaxer kunnat påvisas existera. Kvasaren är vanligtvis ett litet objekt och många ligger på ofantligt stora avstånd från jorden.

De avger enorma mängder elektromagnetisk strålning inom hela spektrumet från radiovågor till gammastrålning. Det är inte ovanligt att en kvasar utstrålar energi motsvarande flera hundra ordinära galaxers och mer. För att upprätthålla ett så starkt energiflöde krävs en mycket kraftfull energikälla. Den gängse förklaringen till denna närmast outtröttliga energikälla är att kvasarer är aktiva galaxkärnor (svarta hål).  Ett mycket massivt svart hål omgivet av en ackretionsskiva i centrum i en galax. Kvasarens strålning beror på att gas som närmar sig det svarta hålet hettas upp i ackretionsskivan och då avges energirika jetstrålar. 

En grundläggande fråga inom astronomin är hur galaxer bildas, växer och utvecklas. Som en del av denna  utveckling verkar de flesta galaxer ha eller konstruera ett supermassivt svart hål i dess centrum (ingen vet hur hålet har bildats eller varför). Dessa gravitationsslukare sväljer  närliggande gas och stjärnor och spyr ut överflödig energi i form av kraftfulla strålar (vilket kallas en kvasar).

Många detaljer om varför galaxers kärna blir kvasarer är  okänt. I en ny studie publicerad i Nature Communications visar ett team av astronomer under ledning av Michele Ginolfi vid ESO, där astronomen Garching utarbetat  en teori för att bättre förstå denna utveckling.

"Innan det utvecklas en kvasar, tros vissa galaxer gå igenom en fas av att vara mycket dammiga och mycket" aktiva "när det gäller stjärnbildning och ackretionbildning av gas runt det supermassiva svarta hålet", förklarar Ginolfi. "Vi bestämde oss för att utforma ett experiment för att lära oss mer om hur denna övergångsfas sker."

Ginolfi och hans medarbetare fokuserade på en känd galax, W0410-0913. En av de ljusstarkaste och mest massiva och gasrika galaxerna i det avlägsna i  tid och rum i universum 12 miljarder ljusår tillbaks i tiden.

Stoftet värms upp av energin från stjärnljuset och det centrala svarta hålet vilket gör att stoftet glöder och galaxen kan då ses endast genom sitt utsläpp av infrarött ljus. Det har lett till att denna typ av galaxer kallas heta dammhöljda galaxer (även kända i allmänhet som "heta DOG"). Eftersom galaxernas utveckling i sig är kopplad till deras omgivning, beslutade Ginolfi och hans team  som bestod mestadels av forskare i början av sin karriär att observera W0410-0913 med "MUSE"-instrumentet som finns vid Very Large Telescope (VLT) i Chile. Detta avancerade verktyg gjorde det möjligt att studera en region som var 40 gånger större än galaxen själv.

Peter Laursen från Cosmic Dawn Center i Köpenhamn var en av de som deltog i studien. Han sade; "Observationerna avslöjade att W0410-0913 är omgiven av en svärm av 24 mindre galaxer. Det intressanta med MUSE-instrumentet är att vi inte bara kan mäta dessa galaxers position utan också dess avstånd längs vår siktlinje från MUSE - instrumentet. Med andra ord kan vi mäta deras 3D-positioner."

Överraskande nog avslöjade ALMA-observationerna även att W0410-0913 inte verkar ha störts av interaktioner med dessa följeslagare av galaxer. Enligt observationerna roterar gas lugnt och ordnat runt det centrala svarta hålet. Välordnat men snabbt med hastigheter på upp till  500 km/s.

– Genom att koppla ihop resultaten från de två olika teleskopen ser vi en bild av hur de mest massiva och dammiga galaxerna kan komma att utvecklas. Den här typen av galaxer är ett viktigt steg i övergången från en dammig och stjärnbildande galax till en kvasar som tenderar att växa i mycket täta miljöer, säger Ginolfi och tillägger.

"Trots den förväntade sammanslagningen i framtiden med de mindre galaxerna blir dessa gravitationsinteraktioner inte nödvändigtvis destruktiva - de matar den centrala galaxen och virvlar upp gasen lite, men lämnar den praktiskt taget intakt. Lite som att kasta små stenar mot en ruta av massivt glas: du kan repa den, men det går inte hål i den”

Michele Ginolfis observationer ger nu de första ledtrådarna om den flerskaliga process som driver utvecklingen av de sällsynta och extrema populationerna av heta dammhöljda galaxer. Galaxer vilka frodas i täta, speciella livsmiljöer, men  vars interaktion med sina följeslagare  likväl kan vara svag.

Bild från https://phys.org/ citat  översatt "Den massiva, hyperlysande galaxen W0410-0913 och dess omgivning, sett 12 miljarder år tillbaka i tiden. Zoomningen på W0410-0913 visar en karta över gasens hastighet i galaxen, mer specifikt av dess kolmonoxidgas: Blå färg betyder gas som kommer mot oss, medan rött betyder motsatsen. Galaxen roterar. Upphovsman till bilden: M. Ginolfi & G. Jones / VLT / ESO"

Så bildades troligast den första kvasaren

 

En kvasar är en extremt ljusstark och från oss avlägsen aktiv galaxkärna. Den överglänser sin galax så mycket, att galaxen vari kvasaren finns inte tidigare har kunnat observeras. Först nu och med hjälp av fotografisk CCD-teknik och adaptiv optik har många galaxer där en kvasar finns kunnat bekräftas existera. Kvasaren är i sig vanligtvis ett förhållandevis litet objekt och flertalet finns på ofantligt stora avstånd från jorden.

Sedan de första kvasarerna upptäcktes för 20 år sedan har det funderats över hur de första kvasarerna i universum bildades. Nu har ett team av astrofysiker förslaget  en lösning på mysteriet och deras resultat publicerades nyligen i en artikel med namnet ”The Turbulent Origins of the First Quasars”  i tidskriften Nature.

Förekomsten av de över 200 kvasarerna som hittills hittats får sin energi av supermassiva svarta hål mindre än en miljard år efter Big Bang. Detta är ett mysterium inom astrofysiken eftersom det aldrig helt förståtts hur de kunnat bildats så tidigt i universums historia.

Forskarteamet under ledning av Dr Daniel Whalen vid University of Portsmouth har nu visat hur de första kvasarerna naturligt bildades under våldsamma, turbulenta förhållandena i de sällsynta gasreservoarer som fanns i det tidiga universum.

Dr Whalen, säger "Denna upptäckt är särskilt spännande eftersom den har omkullkastat 20 års tankar om ursprunget till de första supermassiva svarta hålen i universum. Vi hittar supermassiva svarta hål i centrum av de flesta massiva galaxer. Svarta hål som kan vara miljoner eller miljarder gånger större än solens massa. Men det var först 2003 vi började hitta kvasarer de mycket lysande objekten med dess aktiva accretion 

Detta får kvasarerna att ses som kosmiska fyrar i det tidiga universum existerande mindre än en miljard år efter Big Bang. Ingen förstod hur de bildats så tidigt." 

För några år sedan visade superdatorsimuleringar att tidiga kvasarer kunde bildas vid korsningarna av  kalla, kraftfulla gasströmmar (en sällsynt med likväl ibland händelse som sker eller skredde därute). Cirka ett dussin av dessa fanns i en volym en miljard ljusår. Men för att det skulle ge effekt måste det svarta hålet vara 100000 solmassor. Svarta hål bildas idag när massiva stjärnor får slut på bränsle och kollapsar, men de blir vanligtvis bara 10 - 100 solmassor vilet utesluter dessa som källor till en kvasar.

Kan svarta hål i galaxers kärna som verkar ha funnits redan när galaxen bildades (min anm.) ha bildats genom att ett tidigare universums stjärnor  över eoner dragits in i svarta hål och alla svarta hål  därefter dragits samman till ett enda otroligt kompakt svart hål med fortsatt sammandragning  till en massa vi inte kan förställa oss av kompakthet och litenhet. För att därefter splittras i BigBang och då bildat vårt universum. Medan rester av det förra finns i form av svarta hål i galaxerna. En lite udda tanke.

Astrofysiker hade länge teoretiserat att 10 000 - 100 000 solmassestjärnor bildades i det tidiga universum men bara i exotiska, finjusterade miljöer som starka ultravioletta bakgrunder eller supersoniska flöden mellan gas och mörk materia som inte hade någon likhet med de turbulenta molnen där de första kvasarerna bildades.

Superdatormodellerna gick dock tillbaka till mycket tidiga tider och fann att de kalla, täta gasströmmarna som kunde växa till en miljard solmassor och svarta hål på bara några hundra miljoner år skapade sina egna supermassiva stjärnor utan behov av ovanliga exotiska miljöer. De kalla strömmarna drev turbulens i molnet som hindrade normala stjärnor från att bildas tills molnet blev så massivt att det kollapsade under sin egen vikt och bildade två gigantiska urstjärnor - en som var 30000 solmassor och en annan som var 40000.

"Följaktligen skapade de ursprungliga gasmolnen som kunde bilda en kvasar dessa strax efter kosmos födelse - när de första stjärnorna i universum. Detta enkla resultat förklarar inte bara ursprunget till de första kvasarerna utan också deras demografi och deras antal.

Bild från vikipedia. Kvasaren 3C 273.

En stor kvasar från tidens början har upptäckts.

Astronomer har Nu upptäckt den mest massiva kvasar som någonsin hittats i det tidiga universum något som visar ett skeende vi inte kan förstå med nuvarande kunskap. Denna kvasar innehåller ett mycket stort svart hål med en massa motsvarande 1,5 miljarder solar (beräknat på vår sols massa).

Formellt betecknas kvasaren som J1007 +2115, men har även fått namnet Pōniuā'ena (betyder kryddpulver) från hawaiianska språket då upptäckten gjordes från teleskop på Maunakea.

Kvasarer är de mest energirika objekten i universum, och sedan upptäckten har astronomer varit angelägna om att avgöra när de först dök upp i universums historia. Enligt nuvarande teori drivs kvasarer av supermassiva svarta hål då dessa slukar den omgivande materian som damm, gas eller till och med hela stjärnor och därmed avger enorma mängder energi och ljus som omfattar en hel galax.

Det supermassiva svarta hålet som driver Pōniuā'ena gör denna kvasar till det mest avlägsna i tid och rum och är därför det tidigaste objekt som är känt i universum och i detta fall överstigande 1 miljard solmassor. Frågan om hur ett sådant massivt svart hål skulle kunna konstruerats när universum fortfarande var i sin linda har förundrat astronomer och kosmologer, säger medförfattare Xiaohui Fan, Regents professor och biträdande chef för UArizona Institutionen för astronomi.

Denna upptäckt utgör den största utmaningen hittills för teorin om svarta håls bildning och tillväxt i det tidiga universum säger astronomerna och någon säker teori om hur kvasarer som bildats i universums barndom finns inte i dag. Att det är slukande av stjärnor är inte troligt då stjärnor troligen inte bildats då.

Föreställningen att ett svart hål av Pōniuā'enas proportioner kunde ha utvecklats från ett mycket mindre svart hål som bildas av kollapsen av en enda stjärna på så kort tid eftersom Big Bang är näst intill omöjligt enligt nuvarande kosmologiska modeller.

Min uppfattning (min anm.) är att astronomer bör betänka att svarta hål bildades bland det första och att universums grundmateria vätemoln fanns då och kan vara grunden till kvasarer som denna i universums barndom genom att stora moln kommit in i de svarta hålen.

Bild från vikipedia som visar en konstnärs tolkning av en kvasargalax.

Gammakällan PKS 1441+25 en kvasaren 7 miljarder ljusår bort vilkens gammastrålning inte möter motstånd på vägen hit.

En kvasar är en överaktiv stjärna vars strålning och ljus är så stark att det inte går att se själva galaxen den finns i. Först med adaptiv teknik och CDD-teknik har den galax vars centrum kvasaren behärskar kunnat ses.

Kvasarens centrum är ett svart hål. Stoft och gas faller in i hålet samtidigt  försvinner andra gaser från hålet.  Denna process gör att starkt strålning sänds ut över och under hålet. Det blir själva ljuskällan  Den starka gammastrålningen exempelvis.

I fallet ovan med nämnda kvasar PKS 1441+25 är det den höga gammastrålning som inte verkar minska på vägen till jorden som förvånar. Låg gammastrålning är vad man trott skulle kunna gå fram utan större energiförlust genom rymdens fotoner. Men inte stark.

En annan sak som förvånar från denna avlägsna källa är att gammastrålningen även bildas långt från det svarta hålet här. Vad är källan eller anledningen till det? Det är ingen vanlig kvasarkälla vi upptäckt här.

En lösning på ej minskad gammastrålning på vägen hit från just denna källa kan vara att fotondimman här är mindre mellan oss och denna kvasar  än på andra platser i rymden. Men varför,  avståndet är enormt för en slump.

Lösningen på att strålningen kommer en bit från hålet kan vara stötar med strålning från olika håll som krockar då stark strålning från hålet studsar på redan utsläppt strålning på avstånd och en acceleration blir följden stötvis. Det kan vara en förklaring på den starka effekt som finns.

I vilket fall är det en gåta med denna kvasar.

Kvasaren i galax MRK231 vilken rymmer två svarta hål. Ovanligt.

Kvasar kallas  centrum av en galax då denna är så ljusstark att den döljer en del av själva galaxen genom sitt sken.

MRK231  är en galax vilken genom sitt starka sken från centrum inte kan ses i sin helhet.  Galaxen ligger i riktning mot stora björn.

Likt andra galaxer finns i centrum  inte som i de flesta galaxers centrum ett utan här istället två svarta hål.

Massiva svarta hål det ena större än det andra. Förklaringen till att centrum här  har två svarta hål är troligen fusion.

Fusion en gång genom sammanslagning genom krock med en mindre galax. Två galaxer bildade därför denna ljusstarka galax av idag. Detta förklarar även varför det finns två svarta hål här.

Idag tror man nämligen att alla galaxer har ett svart hål i centrum. Troligen är det från universums bildande och galaxer bildande. För att en galax ska ha bildats måste den innehålla ett svart hål i centrum.

Varför är en annan fråga. Där två eller kanske flera svarat hål finns tyder det på galaxkollisioner.