April 25, 2024

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Schlafende supermassereiche Schwarze Löcher werden durch zersplitterte Sterne kurzzeitig geweckt

Schlafende supermassereiche Schwarze Löcher werden durch zersplitterte Sterne kurzzeitig geweckt

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Dieses vom Very Long Baseline Array (VLBA) aufgenommene Bild zeigt zwei supermassereiche Schwarze Löcher, die als Kleckse mit roten Linien erscheinen. Schwarze Löcher befinden sich im Zentrum einer elliptischen Galaxie. Die Farben stellen unterschiedliche spektrale Steigungen der Radioemission dar, wobei Rot die dichteren Regionen um Schwarze Löcher zeigt. Das Schwarze Loch auf der rechten Seite hat wahrscheinlich kürzlich einen massereichen Stern verschlungen und ihn von zwei Hochgeschwindigkeitsjets ausgestoßen. Die Enden dieser Jets erscheinen als grüne Punkte über und unter dem Schwarzen Loch. Bildnachweis: H.L. Maness/Grinnell College

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Dieses vom Very Long Baseline Array (VLBA) aufgenommene Bild zeigt zwei supermassereiche Schwarze Löcher, die als Kleckse mit roten Linien erscheinen. Schwarze Löcher befinden sich im Zentrum einer elliptischen Galaxie. Die Farben stellen unterschiedliche spektrale Steigungen der Radioemission dar, wobei Rot die dichteren Regionen um Schwarze Löcher zeigt. Das Schwarze Loch auf der rechten Seite hat wahrscheinlich kürzlich einen massereichen Stern verschlungen und ihn von zwei Hochgeschwindigkeitsjets ausgestoßen. Die Enden dieser Jets erscheinen als grüne Punkte über und unter dem Schwarzen Loch. Bildnachweis: H.L. Maness/Grinnell College

Eine neue Untersuchung einer mysteriösen Klasse von Galaxien, die als kompakte symmetrische Objekte (CSOs) bekannt sind, hat ergeben, dass diese Objekte nicht ganz das sind, was sie zu sein scheinen. CSOs sind aktive Galaxien, die in ihrem Kern supermassereiche Schwarze Löcher beherbergen. Aus diesen massiven Schwarzen Löchern werden zwei Jets freigesetzt, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Aber im Vergleich zu anderen Galaxien mit heftigen Jets erstrecken sich diese Jets nicht über große Entfernungen, sie sind viel kompakter.

Viele Jahrzehnte lang hatten Astronomen vermutet, dass CSOs noch jung seien und dass ihre Flugzeuge irgendwann größere Entfernungen zurücklegen würden. Nun berichten drei verschiedene Zeitungen Astrophysikalisches Journalkam ein Forscherteam unter der Leitung des California Institute of Technology zu dem Schluss, dass Organisationen der Zivilgesellschaft nicht jung sind, sondern eine relativ kurze Lebensdauer haben.

„Diese CSOs sind nicht jung“, erklärt Anthony (Tony) Redhead, emeritierter Robinson-Professor für Astronomie, der die Untersuchung leitete. „Man kann einen 12-jährigen Hund nicht als Miniatur bezeichnen, auch wenn er ein kürzeres Leben als ein erwachsener Mensch geführt hat. Diese Kreaturen sind eine eigene Spezies, die über Tausende von Jahren lebt und stirbt, nicht über Millionen.“ In Galaxien mit größeren Jets sind Jahre üblich.“

In den neuen Studien überprüfte das Team die Literatur und frühere Beobachtungen von mehr als 3.000 CSO-Kandidaten, verifizierte, dass 64 echt waren und identifizierte weitere 15 CSOs. Alle diese Objekte wurden zuvor vom Very Long Baseline Array (VLBA) des National Radio Astronomy Observatory beobachtet, und einige wurden von anderen hochauflösenden Radioteleskopen beobachtet.

Kosmische Objekte, sogenannte kompakte symmetrische Objekte (CSOs), entstehen wahrscheinlich, wenn ein einzelner massereicher Stern in die Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs wandert und auseinandergerissen wird. Dieser in dieser Animation hervorgehobene Prozess führt zu heftigen Dipoljets, die bis zu 5.000 Jahre andauern. Bildnachweis: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

„Die VLBA-Beobachtungen sind die detailliertesten in der Astronomie und liefern Bilder mit einer Detailgenauigkeit, die der Messung der Breite eines menschlichen Haares in einer Entfernung von 100 Meilen entspricht“, sagt Redhead.

Die Analyse des Teams kommt zu dem Schluss, dass CSOs 5.000 Jahre oder weniger lang Flugzeuge abwehren und dann sterben.

„CSO-Jets sind sehr aktive Jets, aber sie scheinen nicht mehr zu funktionieren“, sagt Vikram Ravi, Assistenzprofessor für Astronomie am Caltech und Mitautor einer der Studien. „Jets strömen nicht mehr aus der Quelle.“

Was den Treibstoff für die kurzlebigen Jets angeht, gehen Wissenschaftler davon aus, dass der Übeltäter ein Tidal Disruption Event (TDE) ist, das auftritt, wenn ein einzelner Stern zu nahe an ein supermassereiches Schwarzes Loch wandert und gefressen wird.

„Wir glauben, dass ein Stern auseinandergerissen wird und dann die gesamte Energie in Jets entlang der Achse geleitet wird, um die sich das Schwarze Loch dreht“, sagt Redhead. „Ein riesiges Schwarzes Loch beginnt für uns unsichtbar, und wenn es dann einen Stern verschlingt, kommt es zu einer Explosion. Das Schwarze Loch hat Treibstoff, und wir können ihn sehen.“

Diese Abbildung zeigt, wie CSOs oder CSOs wahrscheinlich entstehen. Wenn ein einzelner massereicher Stern einem Schwarzen Loch (links) zu nahe kommt, wird er gefressen. Dadurch feuert das Schwarze Loch einen ultraschnellen Dipolstrahl ab (Mitte). Der Strahl breitet sich nach außen aus und seine heißen Spitzen glühen durch Radioemissionen (rechts). Bildnachweis: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

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Diese Abbildung zeigt, wie CSOs oder CSOs wahrscheinlich entstehen. Wenn ein einzelner massereicher Stern einem Schwarzen Loch (links) zu nahe kommt, wird er gefressen. Dadurch feuert das Schwarze Loch einen ultraschnellen Dipolstrahl ab (Mitte). Der Strahl breitet sich nach außen aus und seine heißen Spitzen glühen durch Radioemissionen (rechts). Bildnachweis: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF

Redhead war der erste, der in den 1990er Jahren vermutete, dass CSOs von TDEs unterstützt werden könnten, aber er sagt, die Idee sei von der wissenschaftlichen Gemeinschaft weitgehend unbeachtet geblieben. „Die Hypothese geriet fast in Vergessenheit, denn es vergingen Jahre, bis sich die Beobachtungsergebnisse für TDEs zu häufen begannen“, sagt er. Zum Zeitpunkt seiner ursprünglichen Hypothese waren lediglich drei zivilgesellschaftliche Organisationen gefunden worden.

Schneller Vorlauf ins Jahr 2020. Redhead, der sein CSO-Studium unterbrochen hatte, um sich mit verschiedenen Problemen der Radioastronomie zu befassen, beschloss, dass es an der Zeit war, sich mit dem Thema noch einmal zu befassen. Er versammelte einige Kollegen auf Zoom und sie beschlossen, die Literatur zu durchforsten und Dinge auszusortieren, die fälschlicherweise als CSOs bezeichnet wurden. In den nächsten zwei Jahren untersuchte das Team mehr als 3.000 CSO-Kandidaten und schränkte den Pool auf nur ein Dutzend ein, die die notwendigen Kriterien erfüllten, um ein echter CSO zu sein.

Schließlich zeichnete sich das Bild der CSOs als eine ganz eigene Familie von Jets ab, die viel früher ausstarben als ihre riesigen Brüder, wie zum Beispiel das der sehr mächtigen Cygnus A, einer Galaxie, die extrem starke Jets ausstößt, die im Radio hell leuchten Wellenlängen. . Diese Jets erstrecken sich über Entfernungen von etwa 230.000 Lichtjahren in jede Richtung und dauern mehrere zehn Millionen Jahre. Im Gegensatz dazu erreichen CSO-Jets eine Reichweite von höchstens etwa 1.500 Lichtjahren und verschwinden nach etwa 5.000 Jahren.

Laut Astronomen entstehen CSO-Jets wahrscheinlich, wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch nicht irgendeinen Stern, sondern einen massereichen Stern angreift.

Dieses vom Very Long Baseline Array (VLBA) aufgenommene Bild zeigt das Compact Symmetric Object (CSO), bekannt als J1734+0926. Die roten Flecken sind die Enden eines starken Dipolstroms, der von einem unsichtbaren Schwarzen Loch ausgeht. Bildnachweis: M. L. Lester/Purdue University

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Dieses vom Very Long Baseline Array (VLBA) aufgenommene Bild zeigt das Compact Symmetric Object (CSO), bekannt als J1734+0926. Die roten Flecken sind die Enden eines starken Dipolstroms, der von einem unsichtbaren Schwarzen Loch ausgeht. Bildnachweis: M. L. Lester/Purdue University

„Die TDEs, die wir zuvor gesehen haben, hielten nur ein paar Jahre an“, sagt Ravi. „Wir glauben, dass die großartigen TDEs, die die CSOs antreiben, viel länger anhalten, weil die zerstörten Sterne entweder sehr groß, sehr massereich oder beides sind.“

Durch die Analyse der vielfältigen Radiobilder von CSOs können Forscher nach eigenen Angaben verfolgen, wie Objekte im Laufe der Zeit altern, ähnlich wie beim Durchsehen eines Fotoalbums vom Leben eines CSOs, um zu beobachten, wie sich seine Jets entwickeln. Jüngere CSOs haben kürzere Jets, die näher an Schwarzen Löchern liegen, während ältere Objekte Jets haben, die weiter von ihrem Schwarzen Loch entfernt sind.

Obwohl die meisten Jets sterben, schätzen Wissenschaftler, dass einer von 100 so langlebig sein wird wie der in Cygnus A. In diesen seltenen Fällen werden Galaxien wahrscheinlich mit anderen Galaxien verschmelzen, ein turbulenter Prozess, der einen großen Galaxienraum erzeugt . Kraftstoffmenge.

Wenn die Ergebnisse von Redhead und seinem Team durch zusätzliche Beobachtungen bestätigt werden, werden CSOs eine völlig neue Möglichkeit bieten, zu untersuchen, wie massereiche Sterne in den Zentren von Galaxien mit supermassereichen Schwarzen Löchern interagieren.

„Diese Objekte sind tatsächlich eine eigenständige Gruppe mit eigenem Ursprung, und es liegt nun an uns, mehr über sie und ihre Entstehung zu erfahren“, sagt Redhead. „Die Möglichkeit, diese Objekte auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrzehnten statt Millionen von Jahren zu untersuchen, hat die Tür zu einem völlig neuen Labor für die Untersuchung supermassereicher Schwarzer Löcher und der vielen überraschenden und unerwarteten Überraschungen, die sie bereithalten, geöffnet.“

Mehr Informationen:
S. Kehlmann et al., Kompakte symmetrische Objekte. I. Auf dem Weg zu einem umfassenden, echten Katalog, Astrophysikalisches Journal (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c56

S. Kehlmann et al., Kompakte symmetrische Objekte. zweitens. Bestätigung der Existenz einer bestimmten Gruppe aktiver Galaxien mit hoher Leuchtkraft, Astrophysikalisches Journal (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0cc2

AC S Readhead et al., Compact Symmetrical Objects. Dritte. Die Entwicklung des Zweigs mit hoher Leuchtkraft und sein möglicher Zusammenhang mit Gezeitenstörungsereignissen, Astrophysikalisches Journal (2024). doi: 10.3847/1538-4357/ad0c55

Informationen zum Magazin:
Astrophysikalisches Journal


Siehe auch  Die NASA enthüllt eine atemberaubende 14-jährige Zeitrafferaufnahme des Gammastrahlenhimmels