En økende glød i en fjern galakse kan endre måten vi ser på sorte hull

Noe merkelig er på gang i galaksen kjent som 1ES 1927+654: På slutten av 2017, og av grunner som forskerne ikke kunne forklare, gjennomgikk det supermassive sorte hullet som sitter i hjertet av denne galaksen en massiv identitetskrise. I løpet av en periode på måneder ble det allerede lyse objektet, som er så lysende at det tilhører en klasse av sorte hull kjent som aktive galaktiske kjerner (AGN), plutselig mye lysere – og glødet nesten 100 ganger mer enn normalt i synlig lys .

Nå kan et internasjonalt team av astrofysikere, inkludert forskere fra CU Boulder, ha funnet årsaken til dette skiftet. De magnetiske feltlinjer treing gjennom det sorte hullet ser ut til å ha snudd opp ned, noe som forårsaker en rask, men kortvarig endring i objektets egenskaper. Det var som om kompassene på jorden plutselig begynte å peke sørover i stedet for nord.

Funnene, publisert 5. mai i The Astrophysical Journalkan endre hvordan forskere ser på supermassive svarte hullsa studiemedforfatter Nicolas Scepi.

“Vanligvis forventer vi at sorte hull vil utvikle seg over millioner av år,” sa Scepi, en postdoktor ved JILA, et felles forskningsinstitutt mellom CU Boulder og National Institute of Standards and Technology (NIST). “Men disse objektene, som vi kaller AGNs med skiftende utseende, utvikler seg over svært korte tidsskalaer. Deres magnetiske felt kan være nøkkelen til å forstå denne raske utviklingen.”

Scepi, sammen med JILA-stipendiatene Mitchell Begelman og Jason Dexter, teoretiserte først at en slik magnetisk flip-flop kunne være mulig i 2021.

Den nye studien støtter ideen. I den samlet et team ledet av Sibasish Laha fra NASAs Goddard Space Flight Center de mest omfattende dataene til nå om dette objektet langt borte. Gruppen trakk på observasjoner fra syv teleskoparrayer på bakken og i verdensrommet, og sporet strålingsstrømmen fra 1ES 1927+654 mens AGN flammet sterkt og deretter dimmet ned igjen.

Observasjonene tyder på at magnetfeltene til supermassive sorte hull kan være mye mer dynamiske enn forskere en gang trodde. Og, bemerket Begelman, denne AGN er sannsynligvis ikke alene.

“Hvis vi så dette i ett tilfelle, vil vi definitivt se det igjen,” sa Begelman, professor ved Institutt for astrofysiske og planetariske vitenskaper (APS). “Nå vet vi hva vi skal se etter.”

Et uvanlig sort hull

Begelman forklarte at AGN-er er båret ut av noen av de mest ekstreme fysikkene i det kjente universet.

Disse monstrene oppstår når supermassive sorte hull begynner å trekke inn enorme mengder gass fra galaksene rundt dem. Som vann som sirkler rundt et avløp, vil det materialet snurre raskere og raskere jo nærmere det kommer det sorte hullet – og danner en lys “akkresjonsskive” som genererer intens og variert stråling som forskere kan se på milliarder av lysår unna.

De akkresjonsdisker gir også opphav til et merkelig trekk: De genererer sterke magnetiske felt som vikler seg rundt det sentrale sorte hullet og, som jordens eget magnetfelt, peker i en distinkt retning, som nord eller sør.

“Det er stadig flere bevis fra Event Horizon Telescope og andre observasjoner på at magnetiske felt kan spille en nøkkelrolle i å påvirke hvordan gass faller ned i sorte hull,” sa Dexter, assisterende professor i APS.

Noe som også kan påvirke hvor lyssterk en AGN, som den i hjertet av 1ES 1927+654, ser ut gjennom teleskoper.

I mai 2018 hadde dette objektets bølge i energi nådd en topp, og kastet ut mer synlig lys men også mange ganger mer ultrafiolett stråling enn vanlig. Omtrent samtidig begynte AGNs utslipp av røntgenstråling å dempe.

“Vanligvis, hvis ultrafiolett stiger, vil røntgenstrålene dine også stige,” sa Scepi. “Men her steg den ultrafiolette, mens røntgenbildet avtok mye. Det er veldig uvanlig.”

Snu på hodet

Forskere ved JILA foreslo et mulig svar på den uvanlige oppførselen i en artikkel publisert i fjor.

Begelman forklarte at disse funksjonene stadig trekker inn gass fra utsiden av rommet, og noe av den gassen bærer også magnetiske felt. Hvis AGN trekker inn magnetiske felt som peker i motsatt retning av sin egen – de peker sørover, si i stedet nordover – så vil dets eget felt svekkes. Det er litt som hvordan et dragkamplag som drar i et tau i én retning kan oppheve innsatsen til motstanderne som trekker den andre veien.

Med denne AGN, teoretiserte JILA-teamet, ble det sorte hullets magnetfelt så svakt at det snudde opp ned.

“Du sletter i grunnen ut magnetfeltet helt,” sa Begelman.

I den nye studien forsøkte forskere ledet av NASA å samle så mange observasjoner de kunne av 1ES 1927+654.

Koblingen mellom ultrafiolett og røntgenstråling viste seg å være den rykende pistolen. Astrofysikere mistenker at et svekket magnetfelt vil føre til nettopp en slik endring i fysikken til en AGN – forskyvning av det sorte hullets akkresjonsskive slik at det støter ut mer ultrafiolett og synlig lys og, paradoksalt nok, mindre røntgenstråling. Ingen annen teori kunne forklare hva forskerne så.

Selve AGN stilnet ned og vendte tilbake til normalen sommeren 2021. Men Scepi og Begelman ser på hendelsen som et naturlig eksperiment – ​​en måte å undersøke nærme det sorte hullet for å lære mer om hvordan disse objektene gir næring til lyse stråler av stråling. Denne informasjonen kan på sin side hjelpe forskere å vite nøyaktig hva slags signaler de bør se etter for å finne flere rare AGN-er på nattehimmelen.

“Kanskje det er noen lignende hendelser som allerede er observert – vi vet bare ikke om dem ennå,” sa Scepi.

---

---