Svarthol hræra upp í risavetrarbraut

Sævar Helgi Bragason 29. okt. 2012 Fréttir

Með hjálp Hubblessjónaukans hafa stjörnufræðingar náð nýrri mynd af heljarstórri sporvöluþoku sem hefur stærri kjarna en nokkurn tímann hefur áður sést.
  • Abell 2261, risavetrarbraut, sporvöluþoka, vetrarbraut, vetrarbrautaþyrping

Með hjálp Hubblessjónauka NASA og ESA hafa stjörnufræðingar náð nýrri mynd af heljarstórri sporvöluþoku með stærri kjarna en nokkurn tímann hefur áður sést. Á því eru helst tvær skýringar en báðar snúa þær að hreyfingum svarthola, eins eða fleiri. Enn sjá menn ekki hvor skýringin er sú rétta.

Vetrarbrautin spannar um milljón ljósár en þvermál hennar er tífalt á við vetrarbrautina okkar. Hún tilheyrir óvenjulegum flokki vetrarbrauta með óvenju dreifðan kjarna en ekkert bjart ljós í kjarnanum umhverfis svartholið í miðjunni. Kjarninn er sem borg án miðborgar, aðeins hús á víð og dreif.

Alþjóðlegur hópur stjarnfræðinga beittu fyrir sig Advances Camera for Surveys og Wide Field Camera 3 myndavélum Hubbles og mældu með þeim ljósið sem berst frá stjörnunum í vetrarbrautinni. Hún ber nafnið 2MASX J17222717+3207571 en er iðulega kölluð A2261-BCG (sem er stytting á Abell 2261 Brightest Cluster Galaxy) og er sú stærsta og bjartasta í Abell 2261 þyrpingunni, sem er í þriggja milljarða ljósára fjarlægð frá jörðu.

Athuganir Hubblessjónaukans sýna að bólginn kjarni vetrarbrautarinnar, sem er rétt um 10.000 ljósár að þvermáli er sá stærsti sem fundist hefur. Kjarni vetrarbrautar hangir ætíð í samhengi við stærð hennar en hér virðist hann mun stærri en stjörnufræðingar hafa búist við. Hann er um þrefalt stærri en miðsvæði annarra bjartra vetrarbrauta.

Mönnum þykja tvær útskýringar líklegastar á þöndum kjarnanum. Önnur lýsir því að tvö svarthol, sem eru í þann mund að renna saman, hafi með þyngd sinni hrært upp í stjörnunum og dreift þeim. Hin hugmyndin er sú að svartholin sem renna saman hafi þeyst út úr kjarnanum. Og þegar kjölfestan hverfur þá sigla stjörnurnar um himininn og kjarninn bólgnar.

Eldri athuganir Hubbles sýndu að risasvarthol með massa á við milljónir eða þúsund milljónfaldan massa sólarinnar okkar, hvíla við miðju hér um bil allra vetrarbrauta og gætu skipt sköpum í miðhlutum þessara ógurlegu stjörnukerfa.

„Að búast við því að finna svarthol í miðju vetrarbrauta er eins og að búast við því að finna stein í ferskju,“útskýrir Tod Lauer við National Optical Astronomy Observatory í Tucson í Bandaríkjunum en hann er meðhöfundur greinar um rannsóknina. Með þessum athugunum skerum við í stærstu ferskjuna og finnum engan stein. Við erum reyndar ekki alveg vissir um hvort svartholið er að finna þar en í öllu falli sýnir Hubble enga þéttni stjarna í kjarnanum.

Marc Postman við Space Telescope Science Institute í Baltimore í Bandaríkjunum leiðir hópinn og segir að vetrarbrautin hafi skorið sig úr á Hubble myndinni. „Þegar ég sá myndina vissi ég samstundis að hún var óvanaleg,“ segir Postman. „Kjarninn var afar dreifður og stór. Mesta þrautin var svo að átta sig á gögnunum með tilliti til þess sem við vissum þegar út frá athugunum Hubbles og reyna svo að skýra út gerð þessarar vetrarbrautar.“

Greint verður frá niðurstöðunum í hefti Astrophysical Journal sem kom út 10. september.

Stjörnufræðingar væntu þess að sjá dálítinn ljósblett í miðju vetrarbrautarinnar, sem markar staðsetningu svartholsins og nálægra stjarna. Þess í stað mældist birta stjarnanna jöfn yfir vetrarbrautina.

Bólgna kjarnann má kannski útskýra með tilvist tveggja svarthola sem hverfast hvort um annað. Saman eru þau þyngri en nokkrir milljarðar sólstjarna. Annað svartholið á uppruna sinn að rekja til hinnar stóru vetrarbrautar, en hitt hefur komið úr smærri vetrarbraut sem sú stóra hefur gleypt.

Stjörnur í kjarnanum ganga nálægt svartholunum tveimur og er slöngvað í burtu. Sérhvert þyngdarspark dregur úr hverfiþunga svartholanna svo þau nálgast hvort annað uns þau hafa runnið saman og myndað gríðarstórt svarthol í miðju vetrarbrautarinnar.

Annar möguleiki er sá að samruni tveggja svarthola hafi framkallað þyngdarbylgjur, gárur í tímarúminu. Samkvæmt almennu afstæðiskenningunni mynda tvö svarthol sem hverfast hvort um annað, gárur í þyngdasviði sínu sem geisla svo í burtu. Ef svartholin eru misþung, gætu þau geislað með sterkari hætti í eina stefnu frekar en aðra og spyrnt við kerfinu. Þannig hefðu svartholin skotist út í geim á milljónum kílómetra hraða á klukkustund og eftir situr hin óvenjulega vetrarbraut án svarthols í miðjunni. „Svartholið heldur í stjörnurnar,“ útskýrir Lauer. Ef þú fjarlægir svartholið vantar talsverðan massa. Ekkert heldur lengur í stjörnurnar og þær þokast utar, svo kjarninn stækkar enn meira.

Hópurinn viðurkennir að skýringin um svartholin er þeytast úr kjarnanum kunni að hljóma langsótt, „en það er einmitt það sem gerir alheiminn svo hrífandi — sundum finnur maður hið óvænta,“ segir Portman.

Lauer bætir við: „Þetta kerfi er mjög athyglivert. Við höfum velt mikið fyrir okkur hvað svarthol gera en höfum ekki fengið tækifæri til að láta reyna á kenningarnar. Hér má láta reyna á margar ólíkar hugmyndir, eins og hvernig svarthol víxlverka innbyrðis og hvaða áhrif þau hafa á nálægar stjörnur.“

Nú skipuleggur hópurinn frekari athuganir með útvarpssjónaukanum Very Large Array í Nýju Mexíkó. Stjörnufræðingar búast við því að efni falli á svartholið og gefi þá meðal annars frá sér útvarpsbylgjur. Til stendur að bera saman gögn VLA við myndir Hubbles og þannig má ákvarða nákvæmlega staðsetningu svartholsins, ef það er þar að finna.

Abell 2261 er hluti af rannsókn (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble, CLASH) þar sem fyrirbæri eru könnuð á mörgum bylgjulengdum ljóss, og Postman leiðir. Rannsókninni er ætlað að kortleggja dreifinu hulduefnis í 25 stórum vetrarbrautaþyrpingum.

Frekari upplýsingar

Hubblessjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.

Alþjóðlegt lið stjörnufræðinga skipa Marc Postman (Space Telescope Science Institute, BNA), Tod R. Lauer (National Optical Astronomy Observatory, BNA), Megan Donahue (Michigan State University, USA), Genevieve Graves (University of California, Berkeley, BNA), Dan Coe (Space Telescope Science Institute, BNA), John Moustakas (University of California, La Jolla, BNA og Siena College BNA), Anton Koekemoer (Space Telescope Science Institute, BNA), Larry Bradley (Space Telescope Science Institute, BNA), Holland C. Ford (Johns Hopkins University, BNA), Claudio Grillo (University of Copenhagen, Danmörku), Adi Zitrin (University of Heidelberg, Þýskalandi), Doron Lemze (Johns Hopkins University, BNA), Tom Broadhurst (University of the Basque Country, Spáni og IKERBASQUE Basque Foundation for Science, Spáni), Leonidas Moustakas (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, BNA), Begoñ̃a Ascaso Instituto Astrofísico de Andalucía, Spáni), Elinor Medezinski (Johns Hopkins University, BNA) and Daniel Kelson (Observatories of the Carnegie Institution of Washington, BNA).

Greinin heitir „A brightest cluster galaxy with an extremely flat core“, og birtist hún í hefti Astrophysical Journal þann 10. september.

Mynd: NASA, ESA, M. Postman (Space Telescope Science Institute, BNA), T. Lauer (National Optical Astronomy Observatory, BNA), og CLASH hópurinn.

Tenglar

Tengiliður

Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Sími: 663-6867
Email: ottoel@stjornuskodun.is

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESA/Hubble heic1215

Tengdar myndir

  • vetrarbrauti, vetrarbrautaþyrpingar, sporvöluvetrarbraut, Abell 2261Þessi risavetrarbraut sem situr fyrir miðri mynd Hubblessjónauka NASA/ESA, er sú stærsta og bjartasta í vetrarbrautaþyrpingunni Abell 2261. Vetrarbrautin spannar um milljón ljósár en þvermál hennar er tífalt á við vetrarbrautina okkar. Hún tilheyrir óvanalegum flokki vetrarbrauta með óvenju dreifðan kjarna en ekkert bjart ljós í kjarnanum umhverfis svartholið í miðjunni. Kjarninn er sem borg á miðborgar, aðeins hús á víð og dreif. Hún ber nafnið 2MASX J17222717+3207571 en er iðulega kölluð A2261-BCG (sem er stytting á Abell 2261 Brightest Cluster Galaxy) og er sú stærsta og bjartasta í Abell 2261 þyrpingunni, í þriggja milljarða ljósára fjarlægð frá jörðu. Athuganirnar voru gerðar frá mars fram í maí 2011. Abell 2261 er hluti af CLASH rannsókninni (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble). Mynd: NASA, ESA, M. Postman (Space Telescope Science Institute, BNA), T. Lauer (National Optical Astronomy Observatory, BNA), og CLASH hópurinn.