eso1124no — Pressemelding

Hva setter i gang et supermassivt sort hull?

Galaksekollisjoner utenfor mistanke, selv i det tettpakkede tidlige univers

13 July 2011

En ny studie som kombinerer data fra ESOs Very Large Telescope og ESAs røntgenteleskop XMM-Newton, har gitt et meget overraskende resultat. I de seneste 11 milliarder år er de enorme sorte hullene som finnes i sentrum av de fleste galakser, ikke blitt aktivert av galaksekollisjoner. Det er i strid med hva man har trodd fram til nå.

I hjertet av de fleste – kanskje alle – store galakser ligger et supermassivt sort hull. Massen kan være mange millioner og noen ganger flere milliarder ganger større enn Solas. I mange galakser, deriblant vår egen, er det sentrale sorte hullet forholdsvis rolig. Men i noen galakser, spesielt tidlig i universets historie [1], fortærer monsteret i galaksekjernene store mengder materiale som sender ut intens stråling idet det trekkes inn i det sorte hullet.

Hvorfra kommer materialet som aktiverer det sovende sorte hullet, utløser de voldsomme utbruddene fra galaksens sentrum og gjør den til en såkalt aktiv galaksekjerne? Fram til nå har mange astronomer ment at størstedelen av disse aktive kjernene blir aktivert når to galakser kolliderer og smelter sammen, eller når to galakser passerer nær hverandre og materialet som rives løs, blir brensel for det sentrale sorte hullet. Nye resultater tyder imidlertid på at denne teorien ikke stemmer for mange aktive galakser.

Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland) og et internasjonalt forskerteam fra COSMOS-prosjektet [2] har nå undersøkt mer enn 600 av disse aktive galaksene i et grundig studert himmelområde kalt COSMOS-feltet [3]. Som ventet fant astronomene at ekstremt lyssterke aktive galaksekjerner var sjeldne; mesteparten av de aktive galaksene gjennom de siste 11 milliarder år hadde moderat lysstyrke. Men de fikk seg også en stor overraskelse: De nye dataene viste at det store flertall av disse mer vanlige og mindre lyssterke aktive galaksene ikke hadde blitt aktivert på grunn av galaksekollisjoner [4]. Hele studien presenteres i en kommende forskningsartikkel i The Astrophysical Journal.

Aktive galaksekjerner gjør seg til kjenne ved røntgenstrålingen som kommer fra området rundt det sorte hullet. Røntgenobservasjonene i denne studien ble utført med ESAs romteleskop XMM-Newton. Galaksene ble deretter observert med ESOs Very Large Telescope for å få sine avstander bestemt [5]. Ved å kombinere alle dataene kunne astronomene lage et tredimensjonalt kart med posisjonene til de aktive galaksene.

"Det tok oss over fem år, men til slutt hadde vi en av de største og mest komplette lister over aktive galakser på røntgenhimmelen," sier Marcella Brusa, en av forfatterne av forskningsartikkelen.

Det nye kartet gjorde det mulig for astronomene å studere fordelingen til galaksene og sammenligne den med teoretiske forutsigelser. De kunne også se hvordan fordelingen endret seg etter hvert som universet ble eldre – fra omkring 11 milliarder år siden og nesten fram til i dag.

Studien viste at aktive galaksekjerner hovedsakelig holder til i store, massive galakser med mye mørk materie [6]. Dette kom som en overraskelse da det ikke er i samsvar med gjeldende teorier. Hvis de fleste aktive kjerner skyldes galaksesammensmeltinger, ville man forvente at de befant seg i galakser med moderat masse (rundt en billion ganger Solas masse). Teamet fant ut at flesteparten av de aktive kjernene lå i galakser med masser omkring 20 ganger større enn det som er forutsagt av teorien for galaksesammensmelting.

"Disse nye resultatene gir oss ny innsikt i hvordan supermassive sorte hull starter sine måltider," sier hovedforfatteren Viola Allevato. "De tyder på at sorte hull vanligvis får føden sin via prosesser i selve galaksen, slik som stjernedannelse og ustabiliteter i galakseskiven, og ikke fra galaksekollisjoner, slik man antok tidligere."

"Selv i den fjerne fortid, nesten 11 milliarder år tilbake, kan galaksekollisjoner bare gjøre rede for en liten andel av de moderat lyssterke aktive galaksene. På den tiden var universet mindre og galaksene nærmere hverandre, så man ville forvente at det fant sted flere galaksesammenstøt enn i senere tidsperioder. I lys av dette er de nye resultatene enda mer overraskende," avslutter teammedlem Alexis Finoguenov.

Fotnoter

[1] De mest lyssterke aktive galakser var mest vanlige rundt tre til fire milliarder år etter Big Bang og de mindre lyssterke en god del senere, omkring åtte milliarder år etter Big Bang.

[2] Den nye studien er basert på to store europeiske forskningsprogrammer: XMM-Newton-kartleggingen av COSMOS-feltet, ledet av professor Günther Hasinger, og ESOs zCOSMOS, ledet av professor Simon Lilly. Programmene inngår i COSMOS, et internasjonalt prosjekt hvor en skal observere et lite himmelområde ekstra grundig ved hjelp av en rekke romteleskoper – Romteleskopet Hubble (NASA/ESA), XMM-Newton (ESA), røntgenobservatoriet Chandra (NASA) og det infrarøde Spitzer-teleskopet (NASA) – i tillegg til ESOs Very Large Telescope og andre bakkebaserte observatorier.

[3] COSMOS-feltet er et himmelareal på størrelse med ti fullmåner i stjernebildet Sekstanten. Det er nøye kartlagt på mange forskjellige bølgelengder med en rekke teleskoper, og det enorme datamaterialet kan derfor brukes i mange forskjellige undersøkelser.

[4] En studie fra i fjor basert på data fra Romteleskopet Hubble (heic1101) viste at det ikke fantes noen klar sammenheng mellom aktive galaksekjerner og galaksesammensmeltinger i et utvalg relativt nære galakser. Den studien så om lag åtte milliarder år tilbake i tid, mens den nye undersøkelsen flytter samme konklusjon ytterligere tre milliarder år tilbake, til en tid da universet var mindre og galaksene enda nærmere hverandre.

[5] Teamet brukte en spektrograf på Very Large Telescope for å splitte opp galaksenes lys i de ulike fargene det består av. Etter grundige analyser kunne de bestemme galaksenes rødforskyvning, dvs. hvor mye lyset har blitt strukket som følge av universets utvidelse i tiden etter at det ble sendt ut. Ut fra dette kan galaksenes avstander utledes. Fordi lys utbrer seg med en endelig hastighet, forteller avstanden også hvor lang tid tilbake vi ser. Hvis en galakse er 11 milliarder lysår unna, ser vi altså 11 milliarder år tilbake i tid.

[6] Mørk materie er et mystisk stoff det finnes betydelige mengder av i sannsynligvis alle galakser (aktive eller ei), inkludert vår egen Melkeveigalakse. Forskerne estimerte andelen mørk materie i hver galakse – noe som gir en indikasjon på dens totale masse – fra fordelingen av galaksene i den nye studien.

Mer informasjon

Denne studien publiseres i The Astrophysical Journal i løpet av juli 2011.

Forskerteamet består av V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Tyskland, og University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Italia, og University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Mexico, og University of California at San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland), J. B. James (University of California at Berkeley, USA, og University of Copenhagen, Danmark), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Frankrike), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Tyskland, og MPE), J. A. Peacock (University of California at Berkeley, USA), J. Silverman (University of Tokyo, Japan) og A. Comastri (INAF-OA).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, England, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 40 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: j.e.ovaldsen@astro.uio.no

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
Mob.: +47 99 59 88 00
E-post: ajaunsen@gmail.com

Dr Alexis Finoguenov
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Tlf.: +49 89 30000 3644
E-post: alexis@mpe.mpg.de

Viola Allevato
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe
Garching, Germany
Tlf.: +49 89 3299 1558
E-post: viola.allevato@ipp.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
E-post: rhook@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1124 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er astronomene Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1124no
Navn:Active Galactic Nuclei
Type:• Early Universe : Galaxy : Activity : AGN
Facility:Very Large Telescope, XMM-Newton
Science data:2011ApJ...736...99A

Bilder

The COSMOS field
The COSMOS field
kun på engelsk
COSMOS-feltet i stjernebildet Sekstanten
COSMOS-feltet i stjernebildet Sekstanten
Vidvinkelbilde i synlig lys av COSMOS-feltet
Vidvinkelbilde i synlig lys av COSMOS-feltet
The COSMOS field (unannotated)
The COSMOS field (unannotated)
kun på engelsk

Se også