Astronomer finner skjulte store sorte hull

Et team ledet av forskere ved University of North Carolina i Chapel Hill har funnet en tidligere oversett skattekiste av massive sorte hull i dverggalakser. De nyoppdagede sorte hullene gir et glimt inn i livshistorien til det supermassive sorte hullet i sentrum av vår egen Melkevei-galakse.

Som en gigantisk spiralgalakse antas Melkeveien å ha blitt bygget opp fra sammenslåinger av mange mindre dverggalakser. For eksempel er de magellanske skyene sett på den sørlige himmelen dverggalakser som vil smelte sammen i Melkeveien. Hver dverg som faller inn kan bringe med seg et sentralt massivt svart hull, titalls eller hundretusenvis av ganger solens masse, potensielt bestemt til å bli svelget av Melkeveiens sentrale supermassive sorte hull.

Men hvor ofte dverggalakser inneholder et massivt svart hull er ukjent, og etterlater et nøkkelhull i vår forståelse av hvordan svarte hull og galakser vokser sammen. Ny forskning publisert i Astrofysisk tidsskrift bidrar til å fylle dette gapet ved å avsløre det massive sorte hull er mange ganger mer vanlig i dverggalakser enn tidligere antatt.

“Dette resultatet satte meg virkelig i tankene fordi disse sorte hullene tidligere var skjult i sikte,” sa Mugdha Polimera, hovedforfatter av studien og en UNC-Chapel Hill Ph.D. student.

Sender blandede meldinger

Sorte hull oppdages vanligvis når de vokser aktivt ved å innta gass og stjernestøv som virvler rundt dem, noe som får dem til å gløde intenst.

UNC-Chapel Hill professor Sheila Kannappan, Polimeras Ph.D. rådgiver og medforfatter av studien, sammenlignet svarte hull med ildfluer.

“Akkurat som ildfluer, ser vi sorte hull bare når de lyser opp – når de vokser – og de opplyste gir oss en pekepinn på hvor mange vi ikke kan se.”

Problemet er at mens voksende sorte hull lyser med karakteristisk høyenergistråling, kan også unge nyfødte stjerner det. Tradisjonelt har astronomer differensiert voksende sorte hull fra ny stjernedannelse ved hjelp av diagnostiske tester som er avhengige av detaljerte trekk ved hver galakse synlig lys når spredt ut i et spekter som en regnbue.

Veien til oppdagelse begynte da studenter som jobbet med Kannappan prøvde å bruke disse tradisjonelle testene til galaksen undersøkelsesdata. Teamet innså at noen av galaksene sendte blandede meldinger – to tester ville indikere voksende sorte hull, men en tredje ville kun indikere stjernedannelse.

“Tidligere arbeid hadde nettopp avvist tvetydige tilfeller som disse fra statistisk analyse, men jeg hadde en anelse om at de kunne være uoppdagede sorte hull i dverggalakser,” sa Kannappan. Hun mistenkte at den tredje, noen ganger motstridende, testen var mer følsom enn de to andre for typiske egenskaper til dverger: deres enkle grunnstoffsammensetning (hovedsakelig primordialt hydrogen og helium fra Big Bang) og deres høye hastighet for dannelse av nye stjerner.

Studiemedforfatter Chris Richardson, en førsteamanuensis ved Elon University, bekreftet med teoretiske simuleringer at testresultatene med blandede meldinger samsvarte nøyaktig med det teorien ville forutsi for en ursammensetning, svært stjernedannende dverggalakse som inneholder et voksende massivt svart hull. “Det faktum at simuleringene mine stemte overens med det Kannappan-gruppen fant gjorde meg spent på å utforske implikasjonene for hvordan galakser utvikler seg,” sa Richardson.

En folketelling av voksende sorte hull

Polimera tok på seg utfordringen med å konstruere en ny folketelling av voksende sorte hull, med oppmerksomhet til både tradisjonelle og blandede meldingstyper. Hun oppnådde publiserte målinger av spektrale trekk ved synlig lys for å teste for sorte hull i tusenvis av galakser funnet i to undersøkelser ledet av Kannappan, RESOLVE og ECO. Disse undersøkelsene inkluderer ultrafiolett og radiodata som er ideelle for å studere stjernedannelse, og de har en uvanlig design: Mens de fleste astronomiske undersøkelser velger prøver som favoriserer store og lyse galakser, er RESOLVE og ECO komplette opptellinger av enorme volumer av dagens univers der dverggalakser er rikelig.

“Det var viktig for meg at vi ikke fordreide søket etter svarte hull mot dverggalakser,” sa Polimera. “Men når jeg så på hele folketellingen, fant jeg ut at den nye typen voksende sorte hull nesten alltid dukket opp hos dverger. Jeg ble overrasket over tallene da jeg først så dem.”

Mer enn 80 prosent av alle voksende sorte hull hun fant i dverggalakser tilhørte den nye typen.

Resultatet virket for godt. “Vi ble alle nervøse,” sa Polimera. “Det første spørsmålet som kom til meg var: Har vi gått glipp av en måte som ekstrem stjernedannelse alene kan forklare disse galaksene?” Hun ledet et uttømmende søk etter alternative forklaringer som involverer stjernedannelse, modelleringsusikkerheter eller eksotisk astrofysikk. Til slutt ble teamet tvunget til å konkludere med at de nylig identifiserte sorte hullene var ekte.

“Vi klyper oss fortsatt,” sa Kannappan. “Vi er glade for å forfølge en zillion oppfølgingsideer. De sorte hullene vi har funnet er de grunnleggende byggesteinene i supermassive sorte hull som den i vår egen Melkevei. Det er så mye vi ønsker å lære om dem.”

---

---