Hvað virkjar risasvarthol?
Vetrarbrautasamrunar ekki ástæðan, jafnvel í þéttskipuðum ungum alheimi
Sævar Helgi Bragason
13. júl. 2011
Fréttir
Ný rannsókn sýnir að flest þau risasvarthol sem sést hafa í miðjum vetrarbrauta á síðustu 11 milljörðum ára urðu ekki virk af völdum samruna vetrarbrauta eins og áður var talið.
Ný rannsókn sem byggir á gögnum frá Very Large Telescope ESO og XMM-Newton röntgengeimsjónauka ESA hefur leitt nokkuð mjög óvænt í ljós: Flest þau risasvarthol sem sést hafa í miðjum vetrarbrauta á síðustu 11 milljörðum ára, urðu ekki virk af völdum samruna vetrarbrauta eins og áður var talið. Það kemur mjög á óvart.
Í miðju flestra, ef ekki allra, stórra vetrarbrauta lúra risasvarthol sem eru nokkrum milljón eða jafnvel nokkur þúsund milljón sinnum massameiri en sólin okkar. Í mörgum vetrarbrautum, þar á meðal í okkar eigin, er svartholið í miðjunni fremur rólegt en í sumum, sér í lagi þeim sem við sjáum snemma í sögu alheimsins [1], nærast risasvartholin á efni sem gefa frá sér mikla geislun þegar það fellur inn í þau.
Ekki er vitað hvaðan efnið kemur sem virkjar dormandi svartholin og hrindir af stað ofsafengnum geislunarhrinum frá miðju vetrarbrauta svo að til verða virkir vetrarbrautakjarnar. Hingað til hafa stjörnufræðingar einkum talið að virkir vetrarbrautakjarnar verði til við samruna tveggja vetrarbrauta eða þegar tvær vetrarbrautir gerast svo nærgöngular að rót kemur á efnið sem síðan nærir svartholið í miðjunni. Niðurstöður nýrrar rannsóknar benda aftur á móti til þess að þessi tilgáta sé röng í tilviki margra virkra vetrarbrauta.
Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik í Garching í Þýskalandi) og alþjóðlegur hópur vísindamanna í COSMOS samstarfinu [2] hafa gert ítarlegar rannsóknir á yfir 600 virkum vetrarbrautakjörnum á svæði á himinhvolfinu sem kallast COSMOS svæðið [3]. Í ljós kom að mjög bjartir virkir vetrarbrautakjarnar eru sjaldgæfir, eins og búist var við og að meginhluti virkra vetrarbrauta í alheiminum á síðustu 11 milljörðum ára eru í meðallagi bjartar. En annað óvænt kom líka í ljós: Nýju gögnin sýna að stór hluti þessara algengu og daufu virku vetrarbrauta, urðu ekki virkar vegna samruna við aðrar vetrarbrautir [4]. Frá þessu er greint í The Astrophysical Journal.
Röntgengeislun sem berst frá svæðunum í kringum risasvarthol í virkum vetrarbrautum var mæld með XMM-Newton geimsjónauka ESA. Síðan voru þessar vetrarbrautir rannsakaðar með Very Large Telescope ESO og fjarlægðir þeirra mældar [5]. Með mælingum beggja sjónauka gátu stjörnufræðingarnir útbúið þrívítt kort sem sýndi staðsetningu virku vetrarbrautanna.
„Það tók okkur meira en fimm ár að útbúa eina stærstu og nákvæmustu skrá sem til er yfir virkar vetrarbrautir sem geisla á röntgensviðinu á himninum“ sagði Marcella Brusa, ein af höfundum greinar um rannsóknina.
Stjörnufræðingarnir notuðu þetta nýja kort til að kanna dreifingu virku vetrarbrautanna og báru svo saman við kenningar um virkar vetrarbrautir. Þannig var hægt að sjá hvernig dreifingin breyttist með aldri alheimsins — frá því fyrir um 11 milljörðum ára og því sem næst til dagsins í dag.
Stjörnufræðingarnir komust að því að virkir vetrarbrautakjarnar eru fyrst og fremst í stórum og massamiklum vetrarbrautum sem innihalda mikið hulduefni [6]. Það kom á óvart og var ekki í samræmi við kenningar um virkar vetrarbrautir. Væru virkir vetrarbrautakjarnar flestir af völdum samruna og árekstra vetrarbrauta áttu menn von á að sjá virka kjarna í meðalstórum vetrarbrautum (um trilljón sólmassa). Stjörnufræðingarnir fundu hins vegar út að langflestir virkir vetrarbrautakjarnar eru í vetrarbrautum sem eru 20 sinnum massameiri en samrunakenningin spáir fyrir um.
„Þessar nýju niðurstöður gefa okkur nýja sýn á það hvernig risasvarthol hefja máltíð sína“ segir Viola Allevato, aðalhöfundur greinarinnar. „Niðurstöðurnar benda til þess að svarthol nærist yfirleitt á einhverju innan vetrarbrautanna sjálfra, eins og óstöðugleika skífunnar eða stjörnumyndunarhrinu en ekki samruna vetrarbrauta.“
„Í fjarlægri fortíð, meira að segja fyrir allt að 11 milljörðum ára, áttu samrunar vetrarbrauta aðeins sök á litlum hluta meðalbjartra virkra vetrarbrauta“ segir Alexis Finoguenov, sem gegndi forystuhlutverk í mælingunum. „Á þeim tíma voru vetrarbrautir mun nær saman svo þær hefðu átt að renna örar saman þá en í nýlegri fortíð. Nýju niðurstöðurnar koma því á óvart.“
Skýringar
[1] Björtustu virku vetrarbrautirnar voru algengastar í alheiminum um þremur til fjórum milljörðum ára eftir Miklahvelli en daufari fyrirbæri síðar og ná hámarki um átta milljörðum ára eftir Miklahvell.
[2] Nýja rannsóknin byggir á tveimur evrópskum stjarnvísindaverkefnum; kortlagningu XMM-Newton á COSMOS svæðin undir forystu Günther Hasinger og zCOSMOS kortlagningu ESO undir forystu prófessors Simon Lilly. Þessi verkefni eru hluti af COSMOS framtakinu, alþjóðlegu verkefni sem gengur út á að kortleggja lítið svæði á himninum með Hubble geimsjónauka NASA og ESA, XMM-Newton geimsjónauka ESO og Chandra röntgengeimsjónauka NASA, innrauða Spitzer geimsjónauka NASA og Very Large Telescope ESO auk annarra sjónauka á jörðu niðri.
[3] COSMOS svæðið, sem er í stjörnumerkinu Sextantinum, er um það bil tíu sinnum stærra en fullt tungl á himinhvolfinu. Fjöldi sjónauka hefur kortlagt svæðið í mismunandi bylgjulengdum ljóss svo fjöldi annarra verkefna geta nýtt sér þau miklu gögn sem hafa orðið til við kortlagninguna.
[4] Rannsókn sem greint var frá á þessu ári með Hubble geimsjónauka NASA og ESA (heic1101) sýndi að ekki eru sterk tengsl milli virkra vetrarbrautakjarna og samruna í safni af fremur nálægum vetrarbrautum. Í þeirri rannsókn var skyggnst um átta millijarða ára aftur í tímann en í nýju rannsókninni er horft þrjá milljarða ára lengra aftur þegar enn minni fjarlægðir voru milli vetrarbrauta.
[5] Stjörnufræðingarnir notuðu litrófsrita á VLT til að kanna litina í daufu ljósinu frá vetrarbrautunum. Með vandlegri úrvinnslu gátu þeir fundið út rauðvikið, þ.e. hve mikið hefur teygst á bylgjulengd ljóssins vegna útþenslu alheimsins frá því að það barst frá vetrarbrautunum og þar af leiðandi hve fjarlægar þær eru. Ljós ferðast með endanlegum hraða og það segir okkur því hve langt aftur í tímann við sjáum þessi fjarlægu fyrirbæri.
[6] Hulduefni er dularfullt efni sem telur mestan en ósýnilegan massa allra vetrarbrauta (hvort sem er virkra eða ekki) — þar á meðal okkar vetrarbrautar. Stjörnufræðingarnir hafa metið massa hulduefnis í hverri vetrarbraut — og þar af leiðandi heildarmassa hverrar — út frá dreifingu vetrarbrauta sem kannaðar voru.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í grein sem birtist í The Astrophysical Journal í júlí 2011.
Í rannsóknahópnum eru V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP] og Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskalandi), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE] í Garching í Þýskalandi og University of Maryland í Baltimore í Bandaríkjunum), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA] á Ítalíu og University of Maryland í Baltimore í Bandaríkjunum), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico í Ensenada í Mexíkó og University of California ít San Diego í Bandaríkjunum), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskalandi), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik í Garching í Þýskalandi), J. B. James (University of California ít Berkeley í Bandaríkjunum og University of Copenhagen í Danmörku), H. J. McCracken (Observatoire de Paris í Frakklandi), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskaldni og MPE), J. A. Peacock (University of California ít Berkeley í Bandaríkjunum), J. Silverman (University of Tokyo í Japan) og A. Comastri (INAF-OA).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1124.
Tengdar myndir
COSMOS svæðið á mynd kanadíska-franska-Hawaii sjónaukans (CFHT) sem sýnir fjölda mjög daufra vetrarbrauta. Ný rannsókn á þessu svæði með Very Large Telescope ESO og XMM-Newton röntgengeimsjónauka ESA hefur leitt í ljós að flest þau risasvarthol sem sést hafa í miðjum vetrarbrauta á síðustu 11 milljörðum ára, urðu ekki virk af völdum samruna vetrarbrauta eins og áður var talið. Það kemur mjög á óvart. Sumar virku vetrarbrautanna sem hafa risasvarthol í miðjunni og voru kannaðar í rannsókninni eru merktar með rauðum krossum á þessari mynd. Mynd: CFHT/IAP/Terapix/CNRS/ESO
Víðmynd af svæðinu í kringum COSMOS svæðið sem unnin var úr gögnum Digitized Sky Survey 2. Blái reiturinn markar umfang COSMOS svæðisins, eins mest rannskaða svæði himinsins. Sjónsviðið sem hér sést er um 3,3 gráður á breidd. Mynd: ESO og Digitized Sky Survey 2. Þakkir: Davide De Martin
COSMOS svæðið á mynd kanadíska-franska-Hawaii sjónaukans (CFHT) sem sýnir fjölda mjög daufra vetrarbrauta. Þetta er sama mynd og að ofan en ómerkt. Mynd: CFHT/IAP/Terapix/CNRS/ESO
Hvað virkjar risasvarthol?
Vetrarbrautasamrunar ekki ástæðan, jafnvel í þéttskipuðum ungum alheimi
Sævar Helgi Bragason 13. júl. 2011 Fréttir
Ný rannsókn sem byggir á gögnum frá Very Large Telescope ESO og XMM-Newton röntgengeimsjónauka ESA hefur leitt nokkuð mjög óvænt í ljós: Flest þau risasvarthol sem sést hafa í miðjum vetrarbrauta á síðustu 11 milljörðum ára, urðu ekki virk af völdum samruna vetrarbrauta eins og áður var talið. Það kemur mjög á óvart.
Í miðju flestra, ef ekki allra, stórra vetrarbrauta lúra risasvarthol sem eru nokkrum milljón eða jafnvel nokkur þúsund milljón sinnum massameiri en sólin okkar. Í mörgum vetrarbrautum, þar á meðal í okkar eigin, er svartholið í miðjunni fremur rólegt en í sumum, sér í lagi þeim sem við sjáum snemma í sögu alheimsins [1], nærast risasvartholin á efni sem gefa frá sér mikla geislun þegar það fellur inn í þau.
Ekki er vitað hvaðan efnið kemur sem virkjar dormandi svartholin og hrindir af stað ofsafengnum geislunarhrinum frá miðju vetrarbrauta svo að til verða virkir vetrarbrautakjarnar. Hingað til hafa stjörnufræðingar einkum talið að virkir vetrarbrautakjarnar verði til við samruna tveggja vetrarbrauta eða þegar tvær vetrarbrautir gerast svo nærgöngular að rót kemur á efnið sem síðan nærir svartholið í miðjunni. Niðurstöður nýrrar rannsóknar benda aftur á móti til þess að þessi tilgáta sé röng í tilviki margra virkra vetrarbrauta.
Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik í Garching í Þýskalandi) og alþjóðlegur hópur vísindamanna í COSMOS samstarfinu [2] hafa gert ítarlegar rannsóknir á yfir 600 virkum vetrarbrautakjörnum á svæði á himinhvolfinu sem kallast COSMOS svæðið [3]. Í ljós kom að mjög bjartir virkir vetrarbrautakjarnar eru sjaldgæfir, eins og búist var við og að meginhluti virkra vetrarbrauta í alheiminum á síðustu 11 milljörðum ára eru í meðallagi bjartar. En annað óvænt kom líka í ljós: Nýju gögnin sýna að stór hluti þessara algengu og daufu virku vetrarbrauta, urðu ekki virkar vegna samruna við aðrar vetrarbrautir [4]. Frá þessu er greint í The Astrophysical Journal.
Röntgengeislun sem berst frá svæðunum í kringum risasvarthol í virkum vetrarbrautum var mæld með XMM-Newton geimsjónauka ESA. Síðan voru þessar vetrarbrautir rannsakaðar með Very Large Telescope ESO og fjarlægðir þeirra mældar [5]. Með mælingum beggja sjónauka gátu stjörnufræðingarnir útbúið þrívítt kort sem sýndi staðsetningu virku vetrarbrautanna.
„Það tók okkur meira en fimm ár að útbúa eina stærstu og nákvæmustu skrá sem til er yfir virkar vetrarbrautir sem geisla á röntgensviðinu á himninum“ sagði Marcella Brusa, ein af höfundum greinar um rannsóknina.
Stjörnufræðingarnir notuðu þetta nýja kort til að kanna dreifingu virku vetrarbrautanna og báru svo saman við kenningar um virkar vetrarbrautir. Þannig var hægt að sjá hvernig dreifingin breyttist með aldri alheimsins — frá því fyrir um 11 milljörðum ára og því sem næst til dagsins í dag.
Stjörnufræðingarnir komust að því að virkir vetrarbrautakjarnar eru fyrst og fremst í stórum og massamiklum vetrarbrautum sem innihalda mikið hulduefni [6]. Það kom á óvart og var ekki í samræmi við kenningar um virkar vetrarbrautir. Væru virkir vetrarbrautakjarnar flestir af völdum samruna og árekstra vetrarbrauta áttu menn von á að sjá virka kjarna í meðalstórum vetrarbrautum (um trilljón sólmassa). Stjörnufræðingarnir fundu hins vegar út að langflestir virkir vetrarbrautakjarnar eru í vetrarbrautum sem eru 20 sinnum massameiri en samrunakenningin spáir fyrir um.
„Þessar nýju niðurstöður gefa okkur nýja sýn á það hvernig risasvarthol hefja máltíð sína“ segir Viola Allevato, aðalhöfundur greinarinnar. „Niðurstöðurnar benda til þess að svarthol nærist yfirleitt á einhverju innan vetrarbrautanna sjálfra, eins og óstöðugleika skífunnar eða stjörnumyndunarhrinu en ekki samruna vetrarbrauta.“
„Í fjarlægri fortíð, meira að segja fyrir allt að 11 milljörðum ára, áttu samrunar vetrarbrauta aðeins sök á litlum hluta meðalbjartra virkra vetrarbrauta“ segir Alexis Finoguenov, sem gegndi forystuhlutverk í mælingunum. „Á þeim tíma voru vetrarbrautir mun nær saman svo þær hefðu átt að renna örar saman þá en í nýlegri fortíð. Nýju niðurstöðurnar koma því á óvart.“
Skýringar
[1] Björtustu virku vetrarbrautirnar voru algengastar í alheiminum um þremur til fjórum milljörðum ára eftir Miklahvelli en daufari fyrirbæri síðar og ná hámarki um átta milljörðum ára eftir Miklahvell.
[2] Nýja rannsóknin byggir á tveimur evrópskum stjarnvísindaverkefnum; kortlagningu XMM-Newton á COSMOS svæðin undir forystu Günther Hasinger og zCOSMOS kortlagningu ESO undir forystu prófessors Simon Lilly. Þessi verkefni eru hluti af COSMOS framtakinu, alþjóðlegu verkefni sem gengur út á að kortleggja lítið svæði á himninum með Hubble geimsjónauka NASA og ESA, XMM-Newton geimsjónauka ESO og Chandra röntgengeimsjónauka NASA, innrauða Spitzer geimsjónauka NASA og Very Large Telescope ESO auk annarra sjónauka á jörðu niðri.
[3] COSMOS svæðið, sem er í stjörnumerkinu Sextantinum, er um það bil tíu sinnum stærra en fullt tungl á himinhvolfinu. Fjöldi sjónauka hefur kortlagt svæðið í mismunandi bylgjulengdum ljóss svo fjöldi annarra verkefna geta nýtt sér þau miklu gögn sem hafa orðið til við kortlagninguna.
[4] Rannsókn sem greint var frá á þessu ári með Hubble geimsjónauka NASA og ESA (heic1101) sýndi að ekki eru sterk tengsl milli virkra vetrarbrautakjarna og samruna í safni af fremur nálægum vetrarbrautum. Í þeirri rannsókn var skyggnst um átta millijarða ára aftur í tímann en í nýju rannsókninni er horft þrjá milljarða ára lengra aftur þegar enn minni fjarlægðir voru milli vetrarbrauta.
[5] Stjörnufræðingarnir notuðu litrófsrita á VLT til að kanna litina í daufu ljósinu frá vetrarbrautunum. Með vandlegri úrvinnslu gátu þeir fundið út rauðvikið, þ.e. hve mikið hefur teygst á bylgjulengd ljóssins vegna útþenslu alheimsins frá því að það barst frá vetrarbrautunum og þar af leiðandi hve fjarlægar þær eru. Ljós ferðast með endanlegum hraða og það segir okkur því hve langt aftur í tímann við sjáum þessi fjarlægu fyrirbæri.
[6] Hulduefni er dularfullt efni sem telur mestan en ósýnilegan massa allra vetrarbrauta (hvort sem er virkra eða ekki) — þar á meðal okkar vetrarbrautar. Stjörnufræðingarnir hafa metið massa hulduefnis í hverri vetrarbraut — og þar af leiðandi heildarmassa hverrar — út frá dreifingu vetrarbrauta sem kannaðar voru.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í grein sem birtist í The Astrophysical Journal í júlí 2011.
Í rannsóknahópnum eru V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP] og Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskalandi), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE] í Garching í Þýskalandi og University of Maryland í Baltimore í Bandaríkjunum), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA] á Ítalíu og University of Maryland í Baltimore í Bandaríkjunum), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico í Ensenada í Mexíkó og University of California ít San Diego í Bandaríkjunum), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskalandi), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik í Garching í Þýskalandi), J. B. James (University of California ít Berkeley í Bandaríkjunum og University of Copenhagen í Danmörku), H. J. McCracken (Observatoire de Paris í Frakklandi), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe í Garching í Þýskaldni og MPE), J. A. Peacock (University of California ít Berkeley í Bandaríkjunum), J. Silverman (University of Tokyo í Japan) og A. Comastri (INAF-OA).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1124.
Tengdar myndir