Inaktiva svarta hål vaknar upp då en stjärna kommer för nära.

 

I en ny undersökning av en klass av galaxer som kallas kompakta symmetriska objekt (eller CSO), har avslöjats att dessa objekt inte är helt vad de anses vara. CSO:er är i sig aktiva galaxer (här bildas nya stjärnor) med supermassiva svarta hål i centrum. Från dessa svarta hål uppstår från en del två jetstrålar som färdas i motsatta riktningar med nästan ljusets hastighet. I jämförelse med andra galaxer där våldsamma jetstrålar från deras centrala svarta hål sträcks långt ut i rymden  sträcker sig förstnämndas jetstrålar inte ut i stora avstånd – de är även mycket mer kompakta.

Under många årtionden misstänkte astronomer att dessa CSO:s (Compact Symmetric Objects med korta jetstrålar) sänder ut nybildade jetstrålar och att dessa jetstrålar så småningom vid upprepning blir längre efterhand som tiden går.

Men detta antagande har omtolkats och omtolkningen beskrivs i tre olika artiklar i The Astrophysical Journal där ett Caltech-lett team av forskare kommit fram till att CSO inte är unga utan snarare har en relativ kort existens som utkastare av jetstrålar.

"Dessa CSO är inte unga", förklarar Anthony (Tony) Readhead, Robinson-professor emeritus i astronomi, som ledde undersökningen. – Man skulle inte kalla en 12-årig hund ung trots att den har levt ett kortare liv än en vuxen människa. Dessa objekt är en distinkt jetstråle som finns under tusentalet år snarare än de miljontals år som är vanliga i galaxer med långlivade jetstrålar. I de nya studierna granskade teamet litteratur och tidigare observationer av mer än 3 000 CSO-kandidater, verifierade 64 som verkliga och identifierade ytterligare 15 CSO:er. Alla dessa objekt hade tidigare observerats av National Radio Astronomy Observatory's Very Long Baseline Array (VLBA), finansierad av National Science Foundation (NSF) och några hade observerats av andra högupplösta radioteleskop. "VLBA-observationerna är de mest detaljerade och ger bilder med detaljer som motsvarar att mäta bredden på ett mänskligt hårstrå på ett avstånd av 160 km", beskriver Readhead.

Forskarnas analys visar att CSO driver ut jetstrålar i 5 000 år eller mindre därefter slocknar strålarna ut. – CSO-jetstrålarna är väldigt energirika men de verkar stänga av efter en kort tid kosmiskt sett, beskriver Vikram Ravi, biträdande professor i astronomi vid Caltech och medförfattare till en av studierna. " Vad som driver de kortlivade jetstrålarna tror forskarna är en tidvattenstörning (TDE), som inträffar när en ensam stjärna vandrar för nära ett supermassivt svart hål och slukas av detta. De TDE:er som vi tidigare har sett varade bara i några år", beskriver Ravi. "Vi tror att de anmärkningsvärda TDE:erna som driver CSO:er varar mycket längre eftersom de splittrade stjärnorna är mycket stora, mycket massiva, eller både och.

Beroende på storleken av stjärnan eller stjärnorna som slukas av ett svart hål beror kraften på jetstrålarnas existens och längd blir som jag tolkar det analysen ovan kortfattat.

De tre studierna är "Compact Symmetric Objects - I Towards a Comprehensive Bona Fide Catalog", "Compact Symmetric Objects – II Confirmation of a Distinct Population of High-Luminosity Jetted Active Galaxies" och "Compact Symmetric Objects – III Evolution of the High-Luminosity Branch and a Possible Connection with Tidal Disruption Events." Studierna finansierades av NSF, NASA, Caltech, Max Planck-institutet för radioastronomi i Bonn, Tyskland och Europeiska forskningsrådet.

Bild https://www.caltech.edu/ Den här illustrationen visar hur kompakta symmetriska objekt, eller CSO:er, sannolikt bildas. När en massiv stjärna vandrar för nära ett svart hål (till vänster) slukas den. Detta får det svarta hålet att skjuta ut en ultrasnabb, bipolär jetstråle (mitten). Strålen sträcker sig utåt och dess heta ändar glöder av radiostrålning (till höger).

Upphovsman: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Hur svarta hål växer och nya stjärnor bildas

 

När supermassiva svarta hål är aktiva har de en avgörande roll för hur galaxer utvecklas. Fram tills nu har man ansett att tillväxten utlöses av den våldsamma kollisionen mellan två galaxer som smälter samman. Men ny forskning ledd från University of Bath tyder på att galaxsammanslagningar inte räcker för att driva ett svart hål – en reservoar av kall gas i mitten av galaxen behövs också.

Den nya studien, som publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tros vara den första som beskriver användning av AI  för att klassificera galaxkollisioner med det specifika syftet att utforska förhållandet mellan galaxkollision, supermassiv ansamling av svarta hål och stjärnbildning.

Hittills har koncentrationer av svarta hål klassificerats (ofta felaktigt) enbart genom mänsklig observation. Under större delen av sin tid är svarta hål icke aktiva fast materia kretsar runt dem. Materia som har liten inverkan på galaxen som helhet. Men under korta faser i tid (korta endast på en astronomisk skala troligen varar de miljoner till hundratals miljoner år) sker stark gravitation som drar stora mängder gas till det svarta hålet (en händelse som kallas ackretion), vilket resulterar i en ljusstark skiva som i ljusstyrka kan överglänsa galaxen.

Det är dessa korta aktivitetsfaser som är viktigast i galaxers utveckling, eftersom de enorma mängder energi som frigörs från ackretionsskivan kan påverka att många stjärnor bildas i galaxen. Av goda skäl är därför en av de största utmaningarna inom astrofysiken att fastställa vad som får en galax att röra sig mellan sina två tillstånd – vilande och stjärnbildande.

Bild https://freerangestock.com/

Svarta hål fanns innan galaxer och stjärnor

 

Svarta hål existerade i tidernas begynnelse och gav upphov till nya stjärnor och galaxbildning visar en ny analys av data från James Webb Space Telescope. Analysen vänder upp och ner på teorin om hur svarta hål format kosmos och utmanar den klassiska förståelsen av att de bildades efter att de första stjärnorna och galaxerna uppstått.

I stället verkar svarta hål dramatiskt ha påskyndat uppkomsten av nya stjärnor under universums första 50 miljoner år. Vi vet att ett stort svart hål finns i mitten av troligen alla galaxer. Överraskningen nu är att de fanns i universums begynnelse och var kanske byggstenar eller frön till de  tidiga galaxerna med dess stjärnor", beskriver huvudförfattaren till en ny studie (publicerad i tidskriften Astrophysical Journal Letters) Joseph Silk, professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Johns Hopkins University och Institute of Astrophysics, Paris, Sorbonne University. "Det är en helomvändning jämfört med vad vi ansåg var möjligt tidigare – så mycket att detta nya rön helt kan skaka om vår förståelse av hur galaxer bildas."

"Vi argumenterar nu för att svarta hål strömmar ut krossade gasmoln, förvandlar dem till stjärnor och kraftigt påskyndar stjärnbildningshastigheten", beskriver Silk. – Annars är det väldigt svårt att förstå var dessa ljusstarka galaxer kom från så fort efter BigBang eftersom de vanligtvis är mindre i det tidiga universum. Varför och hur i hela friden skulle annars stjärnor bildats så snabbt?"

Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att ingenting kan undkomma deras dragningskraft, inte ens ljus. På grund av denna kraft genererar de kraftfulla magnetfält som skapar våldsamma stormar, kastar ut turbulent plasma och i slutändan fungerar som enorma partikelacceleratorer, beskriver Silk. Denna process, säger han, är sannolikt anledningen till att Webbs detektorer har upptäckt fler av dessa svarta hål och ljusstarka galaxer än vad forskarna förväntat sig.

"Vi kan inte riktigt se dessa våldsamma vindar eller jetstrålar långt bort i tid och rum, men vi vet att de måste finnas eftersom vi ser många svarta hål redan tidigt i universum", förklarar Silk. – De enorma vindarna som kommer ur de svarta hålen krossar närliggande gasmoln och då uppkommer stjärnor. Det är den felande länken som förklarar varför dessa första galaxer lyser så mycket ljusare än vi förväntat oss. 

Silks team förutspår att det unga universum hade två faser. Under den första fasen påskyndade utflöden från svarta hål stjärnbildningen och i en andra fas avtog utflödena. Några hundra miljoner år efter big bang kollapsade gasmoln på grund av magnetiska stormar från svarta hål och nya stjärnor bildades i en takt som vida översteg den som observeras miljarder år senare i dagens galaxer, beskriver Silk. Skapandet av stjärnor saktades ner eftersom dess kraftfulla utflöden övergick till ett tillstånd av energibesparing, beskriver han, vilket minskar gasen som är tillgänglig för att bilda stjärnor i galaxer.

"Den stora frågan är, vad  vår början var? Solen är en stjärna på 100 miljarder i Vintergatan, och det finns också ett massivt svart hål i mitten av Vintergatan. Vad är kopplingen mellan de två?" undrar han. "Inom ett år kommer vi att ha så mycket bättre data och många av våra frågor kommer att börja få svar."

Uppstod de  första svarta hålen direkt efter BigBang eller var de ursprunget till BigBang? Varifrån kom dessa  utflöden av gas från de svarta hålen i tidens början som bildade de första stjärnorna? Misstanken enligt mig är att de drog in och släppte ut gas genom en koppling mellan ett universum som kollapsat samtidigt som vårt universum uppstod. Tid och rum är relativt.

Bland författarna till studien finns Colin Norman och Rosemary F. G. Wyse från Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman of University of Colorado and National Institute of Standards and Technology; och Adi Nusser från Israel Institute of Technology. Teamet stöds av Israel Science Foundation och Asher Space Research Institute, samt Eric och Wendy Schmidt på rekommendation av Schmidt Futures-programmet.

Bild vikipedia NGC 2207 och IC 2163 är två spiralgalaxer på ungefär 80 miljoner ljusårs avstånd från oss som kolliderar med varandra, bilden tagen av Hubbleteleskopet.

Nancy Grace Roman Space Telescope kan hitta svarta hål efter BigBang

 

När universum uppstod i en  expansion  kallad Big Bang komprimerades materia i ett litet område för att sedan expandera utåt och skapa ett allt större universum. Kosmologer har teorier om att subatomär materia i vissa regioner kan ha varit så tätt packad att materia kollapsade direkt till svarta hål. Om dessa ursprungliga svarta hål existerar   kan de gömma sig i galaxer eller mellan galaxerna likt ensamma planeter gör. Forskare har försökt uppställa de svarta hålens släktträd. De vet att vissa massiva stjärnor kommer att kollapsa in i sig själva mot slutet av sina liv och bilda svarta hål bestående av den resterande stjärnmassan. De vet att supermassiva svarta hål finns i centrum av galaxer som Vintergatan. Det finns också allt fler bevis för att svarta hål med medelstor massa finns i galaxerna.

Men hur är det med ursprungliga svarta hål? Om de existerar bildades de långt innan den första stjärnan kom till. De kan enligt teorin vara hur stora som helst och kan ha spelat en roll i galaxbildning. I kampen för att förstå hur svarta hål blir så massiva (likt de i centrum av galaxer och större) kan dessa fylla ett tomrum av kunskap. Det finns också indikationer på att de (SVARTA HÅL SOM KOM TILL VID BigBang) om de existerar, kan bestå av mörk materia.

 Ny forskningsteori visar hur NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope kanske kan hitta dessa ursprungliga svarta hål när det kommer i drift. Svarta hål kan gömma sig bland en mystisk population av objekt med låg massa. Objekten där de kan finnas är ex fritt flytande planeter (planeter som flyter mellan galaxerna).

I Artikeln "Rogue worlds meet the dark side: revealing terrestrial-mass primordial black holes with the Nancy Grace Roman Space Telescope" har publicerats på pre-print-servern arXiv. Huvudförfattare är William DeRocco från fysikinstitutionen vid UC Santa Cruz där beskrivs dessa teorier.

Jag anser att det är fullt möjligt att svarta hål bildades lika snabbt som stjärnor eller tidigare. Någon bra förklaring till varför svarta hål finns i centrum av galaxer är det dåligt med. Kan det innan BigBang funnits en enda sak ett mycket litet och så kompakt svart hål som dragits samman till en kritisk nivå som resulterat till BigBang och vårt universum?

Bild vikipedia Nancy Grace Roman Space Telescope planerat att sändas upp 2027 och söka av universum i infrarött ljus.

Svarta hål kan finnas som par.

 

Svarta hål har en otrolig densitet och en så stark gravitationskraft att ingenting inte ens ljus kan ta sig ut från dessa om det fångas in. Ett svart hål skulle kunna packa ihop jordens massa till ett utrymme stort som en ärta.

Forskare från University of Southampton har tillsammans med kollegor vid universiteten i Cambridge och Barcelona visat att det är teoretiskt möjligt att svarta hål existerar som balanserade par – som hålls i jämvikt av en kosmologisk kraft (gravitation) – men ses som ett enda svart hål i ett teleskop.

Studien genomfördes av professor Oscar Dias (University of Southampton), professor Gary Gibbons (University of Cambridge), professor Jorge Santos (University of Cambridge) och Dr Benson Way (University of Barcelona). Studien publicerades i en artikel med titeln "Static Black Binaries in de Sitter Space" publicerad i tidskriften Physical Review Letters och granskad som en Viewpoint-artikel.

Konventionella teorier om svarta hål baserade på Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver hur statiska eller snurrande svarta hål kan existera på egen hand, isolerade i rymden (utan samband med en galax). Svarta hål som av någon anledning hamnat som par skulle så småningom av gravitation enligt teorin  sammanslås till ett enda svart hål.

Detta är sant om man antar att universum är statiskt. Men hur är det med ett  universum som ständigt är i rörelse (som vårt där en ständigt ökande expansion sker)? Kan då par av svarta hål existera i harmoni i ett ständigt expanderande universum och då inte upptäckas som två stycken?

Standardmodellen i kosmologin utgår från att Big Bang gav upphov till universum och att det för cirka 9,8 miljarder år sedan dominerades av en mystisk kraft, kallad "mörk energi", som accelererar universum i en konstant ökande takt, beskriver professor Oscar Dias vid University of Southampton.

Forskare hänvisar till denna mystiska kraft som en "kosmologisk konstant". I ett universum som förklaras utifrån Einsteins teori utifrån en kosmologisk konstant finns svarta hål i en kosmologiskt accelererad bakgrund. Detta flyttar de teoretiska målstolparna av hur svarta hål kan interagera och existera tillsammans.

Genom komplexa numeriska metoder visar teamet bakom den senaste studien att två statiska (icke-spinnande) svarta hål kan existera i jämvikt – deras gravitation till varandra kompenseras av expansionen i samband med en kosmologisk konstant. Till och med i accelerationen av ett ständigt ökat expanderande universum förblir de svarta hålen låsta på ett fast avstånd från varandra. Hur mycket expansionen än försöker dra isär dem, kompenserar gravitationsattraktionen detta.

Sett på avstånd skulle ett par svarta hål vars attraktion kompenseras av den kosmiska expansionen se ut som ett enda svart hål. Det gör det svårt att upptäcka om det är ett enda svart hål eller ett par av dem, tillägger professor Dias.

Professor Jorge Santos vid University of Cambridge tillägger: Vår teori är bevisad för ett par statiska svarta hål, men vi tror att den kan tillämpas på snurrande hål också. Det verkar också troligt att vår lösning skulle kunna gälla för tre eller till och med fyra svarta hål vilket öppnar upp för en hel rad möjligheter.

Bild vikipedia av: Simulering av hur ett svart hål framför Vintergatan skulle se ut. Det svarta hålet har 10 solmassor och ses här från ett avstånd på 600 km. För att upprätthålla detta avstånd krävs en motacceleration på omkring 400 miljoner g.

Det kan finnas svarta hål betydligt närmre jorden än vi tidigare ansett.

 

I en ny forskningsrapport publicerad i septembernumret av tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beskriver ett team av astronomer  den kosmiska historien om en närliggande stjärnhop som kallas Hyades-klustret  vilket är den närmaste stjärnhopen till jorden. Här finns hundratals stjärnor av ungefär samma ålder, kemiska sammansättning och med likartat rörelsemönster.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationens stjärnkartläggande Gaia-satellit datasimulerade teamet de senaste 650 miljoner åren av stjärnhopens utveckling. De fann att den bästa förklaringen till hopens nuvarande stjärnfördelning beror på närvaron av minst två kanske tre små svarta hål gömda i Hyades-klustrets centrum. Svarta hål som subtilt påverkar stjärnornas rörelser genom sin kraftfulla gravitation. 

Våra simuleringar kan utifrån storleken på Hyades-klustret förklaras bäst om några svarta hål finns i centrum av klustret idag (eller tills nyligen), beskriver studieförfattaren Stefano Torniamenti, postdoktoral forskare vid universitetet i Padua i Italien.

Om detta resultat bekräftas vid vidare studier skulle dessa misstänkta svarta hål vara de närmaste till jorden som hittills upptäckts. Dessa potentiella svarta hål finns då endast 150 ljusår från vår planet och är ungefär 10 gånger närmare oss än den närmaste kandidaten - det märkliga stjärnkretsande svarta hålet Gaia BH1 som finns cirka 1 500 ljusår bort från oss. 

Bild vikipedia av en illustratörs tolkning av den solliknande stjärnan (vänster) och det svarta hålet (uppe till höger) i Gaia BH1-systemet

En del svarta hål rör sig i en svindlande hastighet genom universum.

 

I en studie publicerad i tidskriften Physical Review Letters överstiger den maximalt möjliga rekylhastigheten" för kolliderande svarta hål  63 miljoner mph (102 miljoner km/h) - ungefär en tiondel av ljusets hastighet. Detta inträffar då två svarta hål kolliderar och då  antingen smälter samman eller sprids isär när de närmar sig varandra, enligt studieförfattarna.

Nu hoppas forskare med hjälp av Einsteins relativitetsekvation  bevisa att denna hastighet inte kan överskridas vilket annars skulle innebära potentiella konsekvenser för fysikens grundläggande lagar. Det innebär att om dessa ekvationer visar sig inte stämma skulle  en ny fysik behövas.

Vi skrapar på ytan av något som kan vara en ny och bättre universell beskrivning av fenomenet, beskriver medförfattaren Carlos Lousto, professor i matematik och statistik vid Rochester Institute of Technology (RIT) i New York, till Live Science. Denna eventuella överskridna hastighetsgräns kan vara en del av en större uppsättning fysiska lagar som påverkar allt "från de minsta till de största föremålen i universum", beskriver Lousto.

När två svarta hål passerar nära varandra kommer de antingen att smälta samman eller svänga runt sitt gemensamma masscentrum innan de dras isär ät varsitt håll (eller in i varandra) i en hastighet av minst den nämnda ovan. 

För att identifiera den maximala möjliga rekylhastigheten av svarta hål som flyger isär använde Lousto och studieförfattaren James Healy, forskningsassistent i RIT School of Mathematics and Statistics, superdatorer för att köra numeriska simuleringar. Dessa beräkningar gick igenom ekvationerna för allmän relativitet som beskriver hur två interagerande svarta hål kommer att agera. Lousto förklarade att även om forskare försökte lösa dessa ekvationer numeriskt för mer än 50 år sedan, utvecklades inte numeriska tekniker för att förutsäga storleken på gravitationsvågor från sådana kollisioner förrän 2005 - bara 10 år innan gravitationsvågorna själva upptäcktes för första gången av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). 

Sedan dess har LIGO observerat nästan 100 kollisioner med svarta hål. Tidigare trodde forskare att svarta hål som närmar sig varandra skulle smälta samman i spiralformad rörelse mot varandra i nästan cirkulära banor, enligt Lousto. Upptäckten av att det även var elliptiska banor breddade utbudet av möjliga kollisionshändelser och fick forskarna att leta efter extrema kollisionsscenarier. Vad vi ville göra är att tänja på gränserna för dessa kollisioner", beskriver Lousto. Genom att köra 1381 simuleringar - som var och en tog två till tre veckor - fann forskarna en topphastighet av de möjliga rekylhastigheterna för svarta hål med motsatta snurr som svepte förbi varandra. Medan svarta hål avger gravitationsvågor i alla riktningar, förvränger de motsatta spinnen dessa vågor vilket skapar en dragkraft som ökar rekylhastigheten.

Rekylen från svarta hål efter att de smälter samman är en kritisk del av deras interaktion, beskriver Imre Bartos, docent vid fysikavdelningen vid University of Florida, till Live Science via e-post. 

"Som med alla begränsande teoretiska kvantiteter kommer det att bli intressant att se om naturen överstiger detta i någon situation som kan signalera avvikelser från vår förståelse av hur svarta hål fungerar, enligt Bartos. På grund av detta liknar Lousto denna interaktion vid en smidig fasövergång, som en andra ordningens fasövergångar av magnetism och supraledning, i motsats till de explosiva första ordningens fasövergångar av uppvärmt vatten, till exempel, där en begränsad mängd latent värme absorberas innan allt kokar. Forskarna skymtade också vad som kan likna de skalningsfaktorer som är karakteristiska för dessa fasövergångar även om ytterligare högupplösta simuleringar behövs för att identifiera dessa definitivt.

Bild pxfuel.com

Ljudet av gravitationsvågorna då två svarta hål sammanslås.

 

Efter 15 år av datainsamling i ett stort experiment har forskare för första gången "hört" det eviga ljudet av gravitationsvågor som krusar genom vårt universum och det är högre än man väntat. Upptäckten gjordes av forskare med hjälp av North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) då man observerade stjärnor som kallas pulsarer vilka fungerar som himmelska metronomer. 

De nyligen upptäckta gravitationsvågorna - krusningar i rumtidens tyg - är överlägset de mest kraftfulla som någonsin uppmätts: De innehåller ungefär en miljon gånger mer energi än engångsutbrott av gravitationsvågor från svarta håls och neutronstjärnfusioner som upptäckts av  LIGO och Virgo. 

De flesta av de gigantiska gravitationsvågorna produceras troligen av par av supermassiva svarta hål som i spiraler dras samman för katastrofala kollisioner vilket sker överallt i kosmos, rapporterar NANOGrav-forskarna i en serie nya artiklar som publicerats i The Astrophysical Journal Letters.

Det är som en kör, med alla dessa supermassiva svarta hålpars rörelser  som hörs på olika frekvenser", säger NANOGrav-forskaren Chiara Mingarelli, som arbetade med de nya resultaten tillsammans med forskare vid Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) i New York City.

Det är det första beviset någonsin av gravitationsvågbakgrundens ljud. Vi har öppnat ett nytt observationsfönster i universum. Gravitationsvågbakgrundens existens och sammansättning  var länge bara en teori och aldrig hörd. Resultatet är en skattkista till nya insikter i sedan länge långvariga frågor, från ödet för supermassiva svarta hålpar till frekvensen av ljud vid galaxsammanslagningar, beskriver Mingarelli.

För närvarande kan NANOGrav bara mäta den totala gravitationsvågbakgrunden och inte strålning från  enskilda "objekt" (menat dsom från ett enstaka svarta hål-pars sammanförande). Men även detta brus  medförde överraskningar.

Gravitationsvågbakgrundens ljud är ungefär dubbelt så högt som vad jag förväntade mig, skriver Mingarelli biträdande professor vid Yale University. Det är verkligen i den övre änden av vad våra modeller kan detektera från supermassiva svarta hål. Den öronbedövande volymen kan bero på experimentella begränsningar eller tyngre och större supermassiva svarta hål. Men det finns också möjligheten att något annat genererar kraftfulla gravitationsvågor, skriver Mingarelli, till exempel mekanismer som förutsägs av strängteorin eller alternativa förklaringar till universums födelse. Vad som upptäckts  härnäst vet ingen, beskriver hon. Det här är bara början på något nytt.

För mer utförlig och faktatyngd information om detta ämne och möjlighet att lyssna på det insamlade ljudet följ följande länk från https://phys.org 

Bild från  https://phys.org/  En konstnärs tolkning då ett par supermassiva svarta hål (överst till vänster) ger upphov till gravitationsvågor som krusningar genom rumtidens tyg. Dessa gravitationsvågor komprimerar och ger radiovågor som emitteras av pulsarer (vita). Genom att noggrant mäta radiovågorna gjorde ett team av forskare nyligen den första upptäckten av universums gravitationsvågbakgrund. Upphovsman: Aurore Simonnet för NANOGrav Collaboration. 

Ett Svart hål slukar bit för bit av närliggande stjärnor o kastar ut resterna i rymden

 

Det antas nu att svarta hål av medelstor storlek och medelmassa kan dra åt sig stjärnor och ta några bitar av dessa för att sedan kasta ut resterna ut i galaxen. Det låter konstigt men i en ny Northwestern University-ledd studie fann man detta.

Det var i nya 3D-datorsimuleringar astrofysiker modellerade svarta hål med varierande massa och placerade sedan stjärnor (ungefär av storleken av vår sol) i dess väg för att se vad som hände.

Forskarna upptäckte då att när en stjärna med medelstor massa närmar sig ett svart hål fastnar den initialt i en bana runt det svarta hålet. Därefter drar det svarta hålet materia från stjärnan. Varje gång stjärnan gör ett varv runt hålet drar det svarta hålet ytterligare mer från stjärnan så småningom finns inget kvar förutom stjärnans missformade och täta kärna.

Då kastar det svarta hålet ut denna rest tillbaks ut i galaxen.

Datasimuleringarna visar inte bara detta okända beteende hos svarta hål med av denna medelstorlek och massa, de ger också astronomer nya ledtrådar till att hitta dessa medelstora svarta hål.

Vi kan inte observera svarta hål direkt eftersom de inte avger något ljus, påtalar Northwesterns Fulya Kıroğlu som ledde studien och tillägger. Istället måste vi för att hitta dem söka efter tecken på samspelet mellan svarta hål och miljön omkring detta. Vi fann att stjärnor genomgår flera passager runt hålet innan stjärnkärnan kastas iväg. Efter varje passage förlorar de massa vilket orsakar ljus då de slits isär. Varje utbrott är ljusare än föregående vilket skapar en signatur som kan hjälpa astronomer att hitta dem.

Medan astrofysiker har bevisat förekomsten av svarta hål med låg och hög massa har svarta hål med mellanliggande massa förblivit svårfångade. De små svarta hålen blev till då supernovor kollapsade och är stjärnresterna efter en sådan händelse. De har ungefär 3 till 10 gånger större  massa än vår sol. I andra änden av spektrumet är supermassiva svarta hål. De som finns i galaxernas centrum med miljoner till miljarder gånger högre i massa än vår sol.

Om svarta hål med medelhög massa existerar (inget har ännu hittats) skulle de passa någonstans i mitten - 10 till 10 000 gånger mer massiva än små svarta hål men inte alls lika massiva som supermassiva svarta hål. Även om dessa svarta hål med medelmassa teoretiskt bör existera, har astrofysiker ännu inte hittat bevis på det.

Deras existens diskuteras fortfarande beskriver Kıroğlu det. Astrofysiker har upptäckt troliga bevis på att de existerar men fynden kan förklaras utifrån  andra mekanismer. Till exempel kan det som verkar vara ett svart hål med medelstor massa vara ackumuleringen från svarta hål av stjärnmassa (små svarta hål).

För att utforska beteendet hos dessa undvikande objekt utvecklade Kıroğlu och hennes team nya hydrodynamiska simuleringar. Först skapade de en modell av en stjärna. Sedan skickade de stjärnan mot det svarta hålet och beräknade gravitationskraften som verkar på partiklarna i stjärnan.

"Vi kan beräkna specifikt vilken partikel som är bunden till stjärnan och vilken partikel som störs (eller inte längre är bunden till stjärnan)", säger Kıroğlu.

Genom dessa simuleringar upptäckte Kıroğlu och hennes team att stjärnor kunde kretsa kring ett svart hål med medelhög massa så många som fem gånger innan de slutligen kastades därifrån. För varje gång stjärnan passerar det svarta hålet förlorar stjärnan mer och mer av sin massa då den slits isär. Sedan föser det svarta hålet resterna bort från hålet i otrolig hastighet - ut i galaxen (kan det vara en effekt av gravitationskollaps som gör detta?).

Det är fantastiskt att stjärnan inte blir helt sönderriven, påtalar Kıroğlu. Vissa stjärnor kan ha tur och överleva närkontakten. Utkastningshastigheten är så hög att dessa stjärnor kan identifieras som hyperhastighetsstjärnor något som har observerats i galaxers centrum.

Men förklaringen på vad som gör att inte hela stjärnan slukas finns ännu inte heller varför stjärnkärnan kastas iväg. Kanske min antydan är en möjlig forskningsidé? Se kursiv stil ovan.

Bild https://creazilla.com/

Gaia BH1 och Gaia BH2 två annorlunda svarta hål i vårt närområde.

 

De två svarta hål det handlar om är Gaia BH1 som finns 1 560 ljusår från jorden i riktning mot stjärnbilden Ophiuchus (Ormbäraren) och Gaia BH2 som finns 3800 ljusår bort i stjärnbilden Kentauren. De upptäcktes i data som samlats in av Europeiska rymdorganisationens (ESA) rymdfarkost Gaia. Gaia är utrustad för att göra upptäckter av detta slag då Gaia har instrument till att exakt kunna mäta positionen och rörelsen hos miljarder stjärnor mot dess bakgrund. 

Det är dock inte bara närheten till jorden som får dessa svarta hål extraordinära. De kretsar kring stjärnor på mycket större avstånd än vad som tidigare  observerats för andra svarta håls följeslagare (följeslagare här innebär stjärnor i ex närområdet till de centralt belägna svarta hålen i en galax centrum).

Det som skiljer denna nya grupp av svarta hål från de vi redan känner till är deras breda separation från sina följeslagare (de ingår ofta i binära system), beskriver forskargruppledaren Kareem El-Badry, från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts och Max-Planck Institute for Astronomy  Tyskland, det i ett uttalande.

Studien publicerades i slutet av mars 2023 i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ordinära svarta hål-följeslagare är vanligen stjärnor dom kallas röntgenbinärer och är vanligtvis ljusstarka och sänder ut högenergirik röntgen- och radiostrålning. Röntgenbinärer är täta dubbelstjärnor som främst ger sig till känna genom sin starka röntgenstrålning. Dessa system består vanligtvis av en tämligen normal stjärna och en kompakt stjärnrest - en vit dvärg, neutronstjärna eller ett svart hål - som kretsar kring varandra. Det gör dem lättare att hitta än svarta hål som inte sväljer materia och därmed inte avger kraftfulla energiutbrott. Gaia BH1 och Gaia BH2 är helt mörka (osynliga) och upptäcktes via gravitationseffekten de har på sina följeslagare.

Dessa två svarta hål har sannolikt en helt annan bildningshistoria än röntgenbinärer vanligtvis har, beskriver El-Badry det och tillägger. Vi misstänkte att det kunde finnas svarta hål i större system men vi var inte säkra på hur de skulle kunna bildas. Deras upptäckt innebär att vi måste anpassa våra teorier av utvecklingen av dubbelstjärnesystem eftersom det ännu inte är förstått hur dessa system bildas

Gaia-observationerna backades upp av mätningar av varje följeslagares (stjärnas) rörelse av andra observatorier. Till exempel visade uppföljningsundersökningar av Gaia BH2 med NASA: s Chandra X-ray Observatory och det sydafrikanska MeerKAT-radioteleskopet inget detekterbart ljus från detta svarta hål.

"Även om vi inte upptäckte ljus, är denna information otroligt värdefull eftersom den berättar mycket om miljön runt detta svarta hål, beskriver teammedlem Yvette Cendes, från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics det.

En bild från https://www.space.com varifrån inlägget ovan även diskuteras utifrån och förklaras på svenska från av Vintergatan som visar platsen för de två nyupptäckta svarta hål som finns närmast jorden som hittills hittats. (Bildkredit: ESA / Gaia / DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO, CC BY-SA 3.0 IGO)

Kan svarta hål vara källan till mörk energi?

 

Mörk energi är en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och antas vara det som ökar universums expansionstakt. Den är i vår tid sättet att förklara vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion av universum. Konkret att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Svarta hål däremot kan enligt en ny teori förklara ursprunget eller källan för denna energi.

Tingen som utgör världen omkring oss består av materia men enbart 5 % av allt i universum är materia något vi kan ta på och se  (se bild ovan där procenten mellan de skilda slagen visas  av materia och energi,  bilden är från vikipedia.  Inlägget i övrigt utgår från  Chris Pearsons Astronomy Group Lead, Space Operations Division at RAL Space, and Visiting Fellow, The Open University, Dave Clements Reader in Astrophysics, Imperial College London artikel i https://theconversation.com/).  

 27 % är mörk materia en inte helt förstådd och inte bevisad materia kanske  en form av vanlig materia som inte avger, reflekterar eller absorberar ljus. Cirka 68 % består av mörk energi. En form av energi vi ännu inte förstår. För min del anser jag mörk energi och mörk materia är en form av den energi och materia vi känner till men inte förstår)

Teorin att svarta hål kan vara källan till mörk energi beskrivs i en vetenskaplig artikel publicerad i The Astrophysical Journal Letters. Studien är ett arbete av 17 astronomer i nio länder under ledning från University of Hawaii. Samarbetet inkluderade forskare i Storbritannien, baserade vid STFC RAL Space, The Open University och Imperial College London.

Genom att söka igenom data som spänner över nio miljarder år av kosmisk historia (något som ska ses som insamlad data från stjärnor i skilda tidsepoker upp till miljarder ljusår från oss) har astronomerna upptäckt de första bevisen på "kosmologisk koppling", vilket innebär tillväxten av svarta hål över tid kopplad till expansionen av universum. Tanken att svarta hål kan innehålla något som kallas vakuumenergi (en manifestation av mörk energi, en f ysisk kraft kallad Casimireffekten och Casimir-Polderkraften som uppstår ur kvantfälteffekter. ) är inte ny och diskuterades redan på 1960-talet. Men den nya studien visar att denna energi (och därmed massan av de svarta hålen) ökar över tid och kan ha ett samband med att när universum expanderar.

Teamet beräknade hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna process. De fann att svarta hål potentiellt kan förklara den totala mängden mörk energi i universum idag.

Universum började med en Big Bang för cirka 13,7 miljarder år sedan. Energin från denna explosion i rymd och tid gjorde att universum att expanderade snabbt (och även uppkom). Länge förväntade vi oss att denna expansion gradvis skulle sakta ner på grund av gravitation.

Det här är ansågs fram till slutet av 1990-talet. Men då rymdteleskopet Hubble upptäckte något konstigt. Observationer av avlägsna (miljarder ljusår bort) exploderande stjärnor (supernovor) visade att universum expanderade långsammare i det förgångna än i vår tid. Universums expansion har inte avtagit över tid på grund av gravitation utan accelererat i hastighet.

För att försöka förstå detta föreslogs att "mörk energi" var anledningen till expansionen och att denna hade en kraftigare  effekt än gravitationen (gravitationen blev verkningslös på expansionen). Begreppet mörk energi var mycket likt en matematisk konstruktion som Einstein hade föreslagit men senare kasserat - en "kosmologisk konstant" som motsatte sig gravitationen och hindrade universum från att kollapsa.

Lösningen verkar kunna finnas i ett annat kosmiskt mysterium: svarta hål. Svarta hål uppstår vanligtvis när massiva stjärnor exploderar som en supernova. Gravitationen och trycket i dessa våldsamma explosioner komprimerar stora mängder materia till ett litet utrymme. Till exempel skulle en stjärna med ungefär samma massa som vår sol klämmas samman till några tiotals kilometer.

Ett svart håls gravitationskraft är så stark att inte ens ljus kan undkomma när det sugits in. I det svarta hålet finns en plats som kallas singularitet, där materia krossas till en punkt med oändlig densitet. Problemet är att singularitet är en matematisk konstruktion som inte borde finnas i verkligheten. De svarta hålen som finns i galaxers centrum är mycket kraftigare än de som blir till när stjärnor kollapsar (som supernovor). Dessa  "supermassiva" svarta hål i galaxers centrum kan väga miljoner till miljarder gånger mer än vår sol.

Alla svarta hål ökar i storlek genom att de drar till sig materia ex i form av stjärnor som kommer för nära eller genom att smälta samman med andra svarta hål. Så de blir allt större efterhand som universum blir allt äldre.

Teamet jämförde observationer av elliptiska galaxer, som saknar stjärnbildning. Dessa avsomnade galaxer (i betydelsen att här bildas inga nya stjärnor) har förbrukat allt sitt bränsle (gas mm mellan solsystemen där) så varje ökning av deras svarta håla massa kan inte tillskrivas de normala processerna (indragning av gas stjärnor mm) genom vilka svarta hål växer genom att ackumulera materia.

Istället föreslog teamet att dessa svarta hål  innehåller vakuumenergi och  är "kopplade" till varför universums expansion ökar. (Kanske mörk materia och energi om det finns dras in i svarta hål och ökar dess massa. Men här diskuteras att svarta hål producerar mörk energi och att denna process ökar expansionen av universum)

Denna modell ger ett möjligt ursprung för den mörka energin i universum. Det kringgår också de matematiska problem som påverkar vissa studier av svarta hål eftersom det undviker behovet av en singularitet i mitten.

Teamet beräknade också hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna kopplingsprocess. De drog slutsatsen att det skulle vara möjligt för svarta hål att tillhandahålla den nödvändiga mängden vakuumenergi för att redogöra för all mörk energi som vi mäter i universum idag.

Detta skulle inte bara förklara ursprunget till mörk energi i universum utan skulle också få oss att radikalt ompröva vår förståelse av svarta hål och deras roll i kosmos.

Mycket mer arbete måste göras för att testa och bekräfta denna idé, både från observationer och ur teori. Men vi kanske äntligen ser ett  sätt att lösa problemet med mörk energi. Vad jag förstår om detta nu stämmer skulle det även förklara varför universums expansionstakt ökar. En takt som egentligen alltid kommer att öka då, utifrån teorin att  vaccumenergin ökar.

Bild vikipedia vilken enligt uppskattning visar i bild en NASA-graf vilkenvisar att universums energiinnehåll  består av cirka 70 %  mörk energi, vars närvaro härleds i dess effekt på universums expansion. Men lite är känt om dess natur.

Att förstå åt vilket håll ett svart hål snurrar är viktigt för att förstå hur universum uppkom.

 

Ett svart håls ursprung kan tolkas in i hur det snurrar. Detta gäller i första hand vid undersökning av binärer då två svarta hål cirklar nära varandra tills de slås samman. Spinn och lutning av respektive svarta hål strax innan de sammanslår kan avslöja om de uppstod i en galaktisk skiva eller en dynamisk stjärnhop.

Astronomer hoppas genom detta reda ut vilken av dessa möjligheter som är mest sannolik. Arbetet utgår genom att analysera de  i dag  69 bekräftade binärer som upptäckts hittills.

I en ny studie som i dagarna publicerats i tidskriften Astronomy and Astrophysics Letters beskriver MIT-fysiker hur alla kända binärer och deras spinn bearbetats till modeller av hur bildandet av svarta hål sker. Slutsatserna ser väldigt olika ut beroende på vilken modell som använts i tolkning av data.

Ett svart håls ursprung kan tolkas på olika vis beroende på en modells antaganden om hur universum fungerar.

"Då man ändrar modellen och gör den mer flexibel eller gör olika antaganden blir svaret olika på hur svarta hål bildas i universum", säger studiens medförfattare Sylvia Biscoveanu, MIT-doktorand som arbetar i LIGO-laboratoriet. I övrigt inkluderade studien Colm Talbot, en mit-postdoc; och Salvatore Vitale, docent i fysik och medlem av Kavli Institute of Astrophysics and Space Research vid MIT uttrycker det.

Svarta hål i binära system antas uppstå via en av två vägar. Den första är genom fältbinär evolution", där två stjärnor utvecklas tillsammans och så småningom exploderar i supernovor och lämnar efter sig två svarta hål som fortsätter att cirkla i ett binärt system. I det här scenariot bör de svarta hålen ha relativt likartade snurr då de haft tid - först som stjärnor, sedan som svarta hål - att dra i varandra i liknande riktningar. Om en binärs svarta hål har ungefär samma spinn, tror forskare att de måste ha utvecklats i en relativt lugn miljö till exempel en galaktisk skiva (skivgalax).

Svarta hål binärer kan också bildas genom "dynamisk montering", där två svarta hål utvecklas separat vart och ett med sin egen distinkta lutning och snurr. Genom vissa extrema astrofysiska processer förs över tid sedan de svarta hålen så småningom tillräckligt nära varandra för att bilda ett binärt system. Ett sådant dynamiskt skeende skulle sannolikt inte ske i en lugn galaktisk skiva, utan i en mer stjärntät miljö, såsom en klotformig stjärnhop, där interaktionen mellan tusentals stjärnor kan slå ihop två svarta hål (genom ex gravitationen (min anm)). Om en binärs svarta hål har slumpmässigt orienterade snurr, bildades de sannolikast i ett klotformigt kluster.

Hittills har astronomer härlett snurr av svarta hål i 69 binärer, som har upptäckts genom ett nätverk av gravitationsvågdetektorer där LIGO i USA och dess italienska motsvarighet Virgo ingick. Varje detektor lyssnar efter tecken på gravitationsvågor. Detta innebär mycket subtila efterklanger genom rumtiden gravitationsvågrester från extrema, astrofysiska händelser som sammanslagning av massiva svarta hål. 

Med varje binärs upptäckt har astronomer uppskattat respektive svarta håls egenskaper, inklusive massa och spinn. De har arbetat in spinnmätningarna i en allmänt accepterad modell av bildandet av svarta hål och hittat tecken på att binärer kan ha två skilda spinn, justerat spinn och slumpmässiga spinn. Det vill säga universum kan producera binärer i både galaktiska skivor och stjärnkluster.

"Men vi ville veta om vi har tillräckligt med data för att förstå denna skillnad?" säger Biscoveanu. "Och det visade sig att saker är rörliga och osäkra och det därmed är svårare att förstå än det först ser ut."

Teamet reproducerade först LIGO:s spinnmätningar i en allmänt använd modell av bildandet av svarta hål. I denna modell antas att en bråkdel av binärerna i universum producerar svarta hål med inriktade snurr medan resten av binärerna har slumpmässiga snurr. De fann att data verkade stämma överens med denna modells antaganden och visade en topp där modellen förutspådde att det skulle finnas fler svarta hål med slumpmässig snurr.

Hur mycket mer data kommer astronomer att behöva? Vitale uppskattar att när LIGO-nätverket startar upp igen i början av 2023 kommer instrumenten att upptäcka en ny svart hålbinär om inte dagligen så kanske så ofta som med några dagars mellanrum. Under nästa år kan det därför läggas till hundratals fler mätningar till datan.

– Mätningarna av de spinn vi har nu är väldigt osäkra, säger Vitale. – Men när vi bygger upp många fler av dem kan vi få bättre information och då kan säkrare slutsatser dras.

Forskningen ovan stöddes delvis av National Science Foundation.

Bild vikipedia av En visuell tolkning av ett svart hål eller neutronstjärna med en närliggande stjärna utanför dess Roche-gräns. Infallande materia bildar en ackretionsskivan samtidigt som annan materia med mycket hög energi slungas ut som strålar

Ju större svarta hål desto långsammare roterar de därute.

 

Astronomer har gjort en rekordstor mätning av ett svart håls roterande en av två grundläggande egenskaper hos svarta hål. Datainsamling från  NASAsChandra X-ray Observatory visar att detta svarta hål snurrar långsammare än de flesta av de mindre svarta hålen.

Det svarta hål som det här handlar om är det mest massiva svarta hål vi känner till med en nu exakt mätt roteringstid vilket ger en antydan om hur några av universums största svarta hål agerar och växer.

Vi vet att supermassiva svarta hål innehåller miljoner eller till och med miljarder gånger mer massa än vår sol. Astronomer anser att nästan varje stor galax har ett supermassivt svart hål i centrum. Forskare försöker förstå hur de växer och utvecklas och för att få ett svar på detta är det viktigt att förstå hur mycket de svarta hålen snurrar.

"Varje svart hål kan definieras av två siffror: dess rotationshastighet och dess massa", säger Julia Sisk-Reynes från Institute of Astronomy (IoA) vid University of Cambridge i Storbritannien, vilken ledde den nya studien. "Även om det låter ganska enkelt har det visat sig vara oerhört svårt att räkna ut dessa värden för de flesta svarta hål.

För ovan svarta håls resultat observerade forskare röntgenstrålar som studsade från en skiva av material som virvlade runt det svarta hålet i vilket befinner sig i en kvasar kallad H1821 + 643. Kvasarer innehåller snabbt växande supermassiva svarta hål som genererar stora mängder strålning i ett litet område omkring det svarta hålet.Kvasaen finns i ett kluster av galaxer cirka 3,4 miljarder ljusår från jorden.  H1821 + 643: s svarta hål är av en storlek av cirka tre och 30 miljarder solmassor vilket gör det till ett av de mest massiva vi känner till. I jämförelse kan nämnas att det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax är cirka fyra miljoner solar. 

De starka gravitationskrafterna nära  H1821 + 643: s svarta hål förändrar röntgenstrålarnas intensitet vid olika energislag (strålningsfrekvens). Ju större förändring desto närmare måste skivans inre kant vara till den punkt det svarta hålets händelsehorisont . Platsen varifrån varken materia eller ljus kan lämna utan blir fast. Då ett snurrande svart hål drar rymden med sig och tillåter materia att kretsa närmare det än vad som är möjligt för ett icke-snurrande, kan röntgendata visa hur snabbt det svarta hålet snurrar. 

"Vi fann att det svarta hålet i H1821 + 643 snurrar ungefär hälften så snabbt som merparten svarta hål vilka väger mellan cirka en miljon och tio miljoner solar", säger medförfattare Christopher Reynolds, också denne från IoA. "Frågan är: varför?"

Svaret kan finnas i hur dessa supermassiva svarta hål växer och utvecklas. Denna relativt långsamma roteringsrörelse stöder tanken att de mest massiva svarta hålen som det i H1821 + 643 genomgår det mesta av sin tillväxt genom att slås samman med andra svarta hål, eller genom att gas dras inåt i slumpmässiga riktningar när deras stora skivor störs.

Supermassiva svarta hål som växer på dessa sätt kommer sannolikt ofta att genomgå stora förändringar i roteringshastighet, sakta ner eller vridas i motsatt riktning etc. Förutsägelsen är därför att de mest massiva svarta hålen bör observeras mer för att ge information av ett bredare spektrum av roteringshastigheter som vad vi kan se skiljer sig åt mot mindre svarta håls. 

Kan det vara så att ju större svart hål desto mer bromsas dess roterande in genom den starka gravitationen som finns här och dess allt större massa (min anm)?

Bild vikipedia på Chandrateleskopet (svenska vikipedia).

Ensamma osynliga svarta hål svävar därute mellan stjärnorna

 

Astronomer uppskattar att det finns ca 100 miljoner svarta hål finns bland stjärnorna i vår Vintergata (obs handlar då inte om svarta hål mellan stjärnorna som vandrar runt) . Men det har nu slutgiltigt identifierats ett isolerat ensamt svart hål.

Efter sex år av noggranna observationer har nu NASA: s Hubble Space Telescope för första gången fått direkt bevis för ett ensamt svart hål som driver i det interstellära utrymmet. Hittills har alla svarta håls massor härletts ur statistiskt material eller genom interaktioner i binära system eller i galaxers kärnor. Svarta hål med stjärnmassa finns ofta tillsammans med en följeslagare (i ett dubbelstjärnsystem) vilket gör den nu upptäckta som ovanlig då den är ensam och inte kan härledas till ett planetsystem.

Det nyligen upptäckta vandrande svarta hålet ligger cirka 5 000 ljusår bort i en av galaxens spiralarmar i riktning mot stjärnbilden Carina-Skytten. Upptäckten får astronomer statistiskt att misstänka att det  närmaste isolerade (ensamma) svarta hålet  till jorden kan finnas enbart 80 ljusår bort. Den närmaste stjärnan till vårt solsystem, Proxima Centauri, ligger drygt 4 ljusår bort.

 

Svarta hål som strövar omkring i vår galax är rester från sällsynta, stora stjärnor som fått slut på bränslet och nu är minst 20 gånger mer massiva än vår sol.

 Dessa stjärnor har exploderat som supernovor och den kvarvarande kärnan krossas av gravitation till ett svart hål. Eftersom självdetonationen inte är helt symmetrisk kan det svarta hålet få en spark och börja röra sig genom galaxen mellan stjärnorna likt en avfyrad kanonkula.

Teleskop kan inte fotografera ett svart hål eftersom dessa inte avger något ljus. Men ett svart hål förvränger rymden i dess närhet det avböjer och förstärker stjärnljus från allt som tillfälligt ligger exakt bakom det (effekt av gravitation ljus dras mot ett svart hål men avger själv inget) .

Markbaserade teleskop, som övervakar ljusstyrkan hos miljontals stjärnor i de rika stjärnfälten mot vintergatans centrala utbuktning letar efter dessa effekter av ett massiva objekt passerande mellan oss och en stjärna.

Två team använde i detta fall Hubble-data i sina undersökningar under ledning av Kailash Sahu från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland; och Casey Lam vid University of California, Berkeley. Lagens resultat skiljer sig åt något. Men båda resultaten tyder på närvaron av ett kompakt objekt tolkat som ett svart håls existens därute.

Bild flickr.com Alla bör tänka över vad som kan finnas däruppe i tid och rum. En funderarbänk passar bra att sitta och  fundera på.

Dolda svarta hål är hittade

 

Forskare vid University of North Carolina i Chapel Hill med ledning av fakultetsstudentteamet Sheila Kannappan och Mugdha Polimera har hittat en tidigare förbisedd samling av massiva svarta hål i dvärggalaxer (någon eller flera i dvärggalaxer min anm.). En upptäckt som kan ge en förklaring till bakgrunden till det supermassiva svarta hålen i mitten av stora galaxer som vår egen Vintergatan.

"De svarta hålen vi har hittat är de grundläggande byggstenarna till de supermassiva svarta hål som det i Vintergatan", säger Kannappan. "Det finns mycket vi vill lära oss om dem."

Som en gigantisk spiralgalax tros Vintergatan ha byggts upp genom  sammanslagningar av ett flertal mindre dvärggalaxer. Varje dvärggalax som faller in i någon annan bildar en större galax och har troligen alltid med sig ett centralt massivt svart hål, tiotals eller hundratusentals gånger massan av vår sol. Ett svart hål som i flertalet fall kommer att dras ner  och utöka det stora svarta hål som finns i centrum av den då större galaxbildningen. Men hur ofta dvärggalaxer innehåller ett massivt svart hål är okänt vilket lämnar ett viktigt gap av hur svarta hål och galaxer utvecklas över tid. Min åsikt är att alla dvärggalaxer eller samlingar av ett visst antal stjärnor har ett centrum av ett svart hål. Frågan är dock varför dessa svarta hål finns och som jag ser det är viktiga och eller självbildande i centrum av en viss mängd stjärnor. Troligen finns frön för svarta hål överallt och blir aktiva vid en viss mängd av stjärnsamling (min anm.)

"Det här resultatet väckte mitt sinne då dessa svarta hål tidigare gömde sig för oss", sa Polimera. "Svarta hål är ett fascinerande ämne. ... Men det finns fortfarande den kvardröjande frågan: Var kommer sådana supermassiva svarta hål ifrån? Vårt arbete är ett litet steg närmare till att besvara den frågan."

Kannappan jämförde deras upptäckt av svarta hål med eldflugor. De ses bara då dess sken kan ses när gas mm dras ner mot dem.

Resultaten av denna forskningsinsats publicerades  i Astrophysical Journal den 24 maj 2022. 

Bild pxhere.com på svart hål i galaxen Messier 87 (det första som finns på bild).

Det glöder i ett svart hål därute.

 

Något sker i galaxen  1ES 1927 + 654.  Det var i slutet av 2017 något skedde här som forskare inte kunde förklara. Då genomgick det supermassiva svarta hålet  i centrum av denna galax en förändring. En ljusstark glöd sågs. 

Under en period av några månader växte det redan ljusstarka objektet  som är så ljusstarkt att det tillhör en klass av svarta hål som kallas aktiva galaktiska kärnor (AGN), plötsligt än mer. Nästan 100 gånger mer än det annars gjorde i optiskt ljus.

Förklaringen till fenomenet har nu ett internationellt team av astrofysiker, inklusive forskare från CU Boulder (University of Colorado Boulder) troligen funnit lösningen på. Magnetfältlinjerna som finns i det svarta hålet verkar ha vänt riktning upp och ner, vilket orsakar en snabb men kortlivad förändring i objektets egenskaper. Det kan jämföras med om kompasser på jorden plötsligt började peka söderut istället för norrut då jordens magnetfält plötsligt gjort en helomvändning.

Studien publicerades den 5 maj i The Astrophysical Journal och dess resultat kan förändra hur forskare ser på supermassiva svarta hål säger studiens medförfattare Nicolas Scepi och tillägger "Normalt skulle vi förvänta oss att svarta hål utvecklas under miljontals år". Scepi är postdoktoral forskare vid JILA, ett gemensamt forskningsinstitut mellan CU Boulder och National Institute of Standards and Technology (NIST).

Dessa objekt, som vi kallar AGN: er som förändras gör detta i mycket korta tidsskalor. Dessa magnetfält kan vara nyckeln till att förstå den snabba utvecklingen. Observationerna tyder på att magnetfälten hos supermassiva svarta hål kan vara mycket mer dynamiska (rörliga) än forskare trodde. Begelman, professor vid institutionen för astrofysiska och planetariska vetenskaper (APS) säger ”Denna AGN är förmodligen inte ensam. Om vi såg detta i ett fall kommer vi definitivt att se det igen", säger Begelman,. Nu vet vi vad vi ska leta efter."Begelman förklarade att AGN är några av de mest extrema fysiska aktiviteterna som är kända universum.

Dessa händelser uppstår då supermassiva svarta hål börjar dra in enorma mängder gas från områden runt dem. Liksom vatten som cirklar runt ett avlopp kommer det materialet att snurra snabbare och snabbare ju närmare det kommer det svarta hålet - och då bildas en ljus "ackretionsskiva" som genererar intensiv och varierad strålning som forskare kan se ske miljarder ljusår bort. Glödskenet nämnt ovan.

Dessa ackretionsskivor ger också upphov till en ytterkigare egenskap: De genererar starka magnetfält som sveper runt det centrum av det svarta hålet och liksom jordens eget magnetfält, pekar i en distinkt riktning, såsom norr eller söder.

"Det finns alltmer bevis från bland annat Event Horizon Telescope och andra observatiorier att magnetfält kan spela en nyckelroll för att påverka hur gas faller ner på svarta hål", säger Dexter, biträdande professor i APS.

Något som kan påverka hur ljust ett AGN är eller blir som exempevis galaxen 1ES 1927 + 654.

I maj 2018 hade detta svarta håls energiökning nått en topp och kastade ut mer synligt ljus än tidigare (det sågs glöda) men också många gånger mer ultraviolett strålning än vanligt. Ungefär samtidigt började AGN:s utsläpp av röntgenstrålning dämpas.

"Normalt är dock att om ultraviolett strålning ökar kommer röntgenstrålning också att öka", säger Scepi. "Men här steg ultraviolett strålning medan röntgenstrålningen minskade. Det är väldigt ovanligt. En bra förklaring till fenomenet visas i en kort film från youtube vilken finns med i länken här från University of Colorado. Boulder 

Bild denna illustration visar ackretionsskivan, koronan (bleka, koniska virvlar ovanför skivan) och det supermassiva svarta hålet i den aktiva galaxen 1ES 1927+654 innan den nyligen blossade upp. Upphovsman: NASA / Sonoma State University, Aurore Simonnet  publicerad i https://scitechdaily.com/spontaneous-magnetic-reversal-of-monster-black-hole-sparks-enigmatic-outburst/