Árekstur vetrarbrauta ekki lengur talinn ábyrgur fyrir vexti svarthola
Ottó Elíasson
05. jan. 2011
Fréttir
Samruni vetrarbrauta seður ekki hungur svartholanna sem knýja þessa virku kjarna vetrarbrautanna, svo öðrum fyrirferðarminni fyrirbærum er um að kenna.
Hvað gerist þegar vetrarbrautar rekast á? Undangengin ár hefur árekstur vetrarbrauta verið talinn valda gríðarmiklum geislunarhrinum úr miðjum vetrarbrauta. Með hliðsjón af viðamiklum rannsóknum er nú unnt að kveða upp dóm: Samruni vetrarbrauta seður ekki hungur svartholanna sem knýja þessa virku vetrarbrautakjarna, svo öðrum fyrirferðarminni fyrirbærum er um að kenna.
Flestar vetrarbrautir, að okkar meðtalinni, geyma í miðju sinni risavaxið en hæglátt svarthol. Aðrar geyma miklar átvélar sem draga að sér mikið magn efnis sem skín skært áður en það fellur inn fyrir sjóndeild svartholsins. Þetta orsakar björt svæði í iðrum vetrarbrauta. Þessi svæði köllum við virka vetrarbrautakjarna. Hvers vegna eru þessar gerðir svarthola svo ólíkar? Hingað til hefur samruni vetrarbrauta verið talið gangverkið sem drífur efni ofan svartholin, svo þau vaxi.
Í nýrri rannsókn, þeirri stærstu hingað til, söfnuðu stjörnufræðingar saman upplýsingum um 1.400 vetrarbrautir til að láta reyna á kenninguna [1]. Með samanburði á 140 virkum vetrarbrautum við rúmlega 1.200 sambærilegar óvikrar vetrarbrautir, kom í ljós að ekkert samband er milli virkra vetrarbrauta og samruna vetrarbrauta, a.m.k. ekki síðustu átta ármilljarðana [2]. Því má um kenna öðrum fyrirbærum, s.s. óstöðugleika innan vetrarbrauta, árekstrum sameindaskýja eða flóðkröftum af völdum nálægra vetrarbrauta.
Niðurstöðurnar birtast í Astrophysical Journal þann 10. janúar.
Geislun frá virkum vetrarbrautakjörnum kemur frá efni í gasskýjum og jafnvel stjörnum, sem hitnar og fellur svo inn í risavaxin svartholin í miðju vetrarbrautanna. Enn er því þó ósvarað hvernig efni skríður síðustu nokkur hundruð ljósárin að næsta nágrenni svartholanna áður en það hverfur okkur sjónum.
„Rannsókn af þessu stærðarþrepi hefði ekki verið möguleg nema nú nýverið, þegar viðamiklar rannsóknir hafa verið gerðar með Hubblessjónaukanum“ segir Mauricio Cisternas frá Max Planck Institute for Astronomy í Þýskalandi sem hafði umsjón með rannsóknunum. „Þær hafa veitt okkur gríðarstórt safn gagna um vetrarbrautir, jafnt virkar sem óvirkar, svo nú má rannsaka fjölmargar fjarlægar vetrarbrautir með mikilli nákvæmni. Áður en þessar rannsóknir voru gerðar, höfðum við ekki rannsakað nógu margar fjarlægar virkar vetrarbrautir.“
Cisternas og hans fólk valdi 140 virkar vetrarbrautir úr COSMOS rannsókninni. COSMOS rannsóknin spannar um tífalda sýndarstærð Mánans á himninum í stjörnumerkinu Sextantinum. Það svæði hefur verið kortlagt af Hubblessjónaukanum og öðrum sjónaukum á nokkrum bylgjulengdum ljóss. Á svæðinu eru nokkur hundruð þúsund vetrarbrautir af öllum gerðum. Hópnum tókst að greina virkar vetrarbrautir úr þessum hópi með því að nota rannsóknir í röntgenljósi frá XMM–Newton sjónauka ESA og jafnframt með því að skoða myndir Hubblessjónaukans af svæðinu.
Fyrir sérhverja virka vetrarbraut sem notuð var í rannsókninni, voru valdar níu óvirkar vetrarbrautir í svipaðri fjarlægð (og því á svipuðum stað í sögu alheims) úr gögnum Hubblessjónaukans. Í allt tók rannsóknin til ríflega 1.400 vetrarbrauta sem hópurinn gat notað við leit að sýnilegum ummerkjum vetrarbrautasamruna.
„Yfirleitt má ljóst vera ef vetrarbrautir hafa tekið þátt í samruna“ segir Knud Jahnke, meðhöfundur greinarinnar. „Í stað greinilegrar gormlögunar eða jafnrar sporvölulögunar, sem oft sjást á myndum Hubblessjónaukans, eru vetrarbrautir sem rekist hafa á, iðulega sveigðar eða beygðar. Við vildum átta okkur á hvort þessar bjöguðu vetrarbrautir væru líklegri en aðrar til að hýsa virkan kjarna.“
Þjálfað auga stjörnufræðings er mun betur til þess fallið að greina hvort vetrarbraut er bjögðuð eður ei en hvers konar tölvubúnaður. Til að nota þennan hæfileika, án þess að innleiða ómeðvitaða skekkju, tók Cisternas saman líkar vetrarbrautir og fjarlægði bjarta svæðið sem annars kæmi upp um virkan kjarna vetrarbrautarinnar. Tíu vetrarbrautasérfræðingar, við átta ólíkar stofnanir, ákvörðuðu hver í sínu lagi hvort tiltekin vetrarbraut væri bjöguð eða ekki, án vitneskju um það hvort sú vetrarbraut hefði virkan vetrarbrautakjarna.
Enginn þessara sérfræðinga fann sérstaka fylgni milli virkni vetrarbrautar og bjögunar hennar, þ.e.a.s. milli þess hvort svartholið í miðju vetrarbrautarinnar fær nóg að éta og hvort vetrarbrautin hafi runnið saman við aðra vetrarbraut.
Þó samruni vetrarbrauta sé nokkuð algengt fyrirbrigði og hafa líklega einhver áhrif á virkni sumra vetrarbrauta, er það hvorki algildur né ráðandi þáttur í mötun svarthola. Með hjálp tölfræði má fullyrða að a.m.k. 75% og mögulega allar þær virku vetrarbrautir sem myndast hafa síðustu átta milljarða árin eiga aðra skýringu á virkni sinni en þessa. Sem dæmi um valda að flutningi efnis að svartholum í miðju vetrarbrauta má nefna óstöðugleika í bjálkum þyrilvetrarbrauta, árekstrum stórra sameindaskýja eða hjáflugi nálægra vetrarbrauta sem enda ekki með samruna (kallað vetrarbrautaáreiti).
Er mögulegt að þó séu orsakatengsl milli samruna vetrarbrauta og virkni þeirra í enn fjarlægri fortíð? Þeirri spurningu hyggst hópurinn svara næst. Nothæf gögn munu berast frá tveimur rannsóknum sem nú eru í gangi (s.k. Multi-Cycle Treasury verkefnum) með Hubblessjónaukanum og athugunum frá arftaka hans, James Webb sjónaukanum, sem skotið verður á loft 2014.
Athugasemdir
Hubblessjónaukinn er samstarfsverkefni ESA og NASA.
[1] Hópurinn sem vinnur að rannsókninni er alþjóðlegur og í honum eru: Mauricio Cisternas (Max Planck Institute for Astronomy og University of Heidelberg), Knud Jahnke (Max Planck Institute for Astronomy), Katherine J Inskip (Max Planck Institute for Astronomy), Jeyhan Kartaltepe (National Optical Astronomy Observatory), Anton M Koekemoer (Space Telescope Science Institute), Thorsten Lisker (University of Heidelberg), Aday R Robaina (Max Planck Institute for Astronomy), Marco Scodeggio (IASF-INAF), Kartik Sheth (California Institute of Technology and Spitzer Science Center), Jonathan R Trump (University of Arizona), René Andrae (Max Planck Institute for Astronomy), Takamitsu Miyaji (Universidad Nacional Autónoma de Mexico and University of California at San Diego), Elisabeta Lusso (INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna), Marcella Brusa (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), Peter Capak (California Institute of Technology), Nico Cappelluti (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), Francesca Civano (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics), Olivier Ilbert (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) Chris D Impey (Spitzer Science Center), Alexie Leauthaud (LBNL & Berkeley Center for Cosmological Physics), Simon J Lilly (ETH Zurich), Mara Salvato (Max Planck Institute for Plasma Physics), Nick Z Scoville (California Institute of Technology) og Yoshi Taniguchi (Ehime University).
[2] Okkar bestu kenningar áætla að alheimurinn sé um 13,7 milljarða ára gamall. Fjarlægustu vetrarbrautinar (og jafnframt þær elstu) sem Hubble hefur kannað, sá hann eins og þær voru fyrir þrettán milljörðum ára. Tekið hefur ljósið frá þeim vetrarbrautum sem notaðar voru í rannsókninni, allt að átta milljarða ára að ná til okkar, sem er meira hálfur aldur alheims.
Tengdar myndir
Valdar vetrarbrautir úr COSMOS rannsókninni. Mynd: NASA, ESA, M. Cisternas (Max-Planck Institute for Astronomy).
Hubble geimsjónaukinn á braut um jörðu. Mynd: European Space Agency.
Tenglar
Tengiliðir
Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Reykjavík, Ísland
Sími: +354-663-6867
Tölvupóstur: ote1[hjá][hi.is
Mauricio Cisternas
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221-528-335
Tölvupóstur: cisternas[hjá]mpia.de
Knud Jahnke
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221 528-398
Tölvupóstur: jahnke[hjá]mpia.de
Oli Usher
Hubble/ESA
Garching, Þýskalandi
Sími: +49-89-3200-6855
Tölvupóstur: ousher[hjá]eso.org
Markus Pössel
Max Planck Institute for Astronomy Press Office
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221-528-261
Tölvupóstur: poessel[hjá]mpia.de
Þessi frétt er þýðing á fréttatilkynningu ESA/NASA heic1101.
Árekstur vetrarbrauta ekki lengur talinn ábyrgur fyrir vexti svarthola
Ottó Elíasson 05. jan. 2011 Fréttir
Samruni vetrarbrauta seður ekki hungur svartholanna sem knýja þessa virku kjarna vetrarbrautanna, svo öðrum fyrirferðarminni fyrirbærum er um að kenna.
Hvað gerist þegar vetrarbrautar rekast á? Undangengin ár hefur árekstur vetrarbrauta verið talinn valda gríðarmiklum geislunarhrinum úr miðjum vetrarbrauta. Með hliðsjón af viðamiklum rannsóknum er nú unnt að kveða upp dóm: Samruni vetrarbrauta seður ekki hungur svartholanna sem knýja þessa virku vetrarbrautakjarna, svo öðrum fyrirferðarminni fyrirbærum er um að kenna.
Flestar vetrarbrautir, að okkar meðtalinni, geyma í miðju sinni risavaxið en hæglátt svarthol. Aðrar geyma miklar átvélar sem draga að sér mikið magn efnis sem skín skært áður en það fellur inn fyrir sjóndeild svartholsins. Þetta orsakar björt svæði í iðrum vetrarbrauta. Þessi svæði köllum við virka vetrarbrautakjarna. Hvers vegna eru þessar gerðir svarthola svo ólíkar? Hingað til hefur samruni vetrarbrauta verið talið gangverkið sem drífur efni ofan svartholin, svo þau vaxi.
Í nýrri rannsókn, þeirri stærstu hingað til, söfnuðu stjörnufræðingar saman upplýsingum um 1.400 vetrarbrautir til að láta reyna á kenninguna [1]. Með samanburði á 140 virkum vetrarbrautum við rúmlega 1.200 sambærilegar óvikrar vetrarbrautir, kom í ljós að ekkert samband er milli virkra vetrarbrauta og samruna vetrarbrauta, a.m.k. ekki síðustu átta ármilljarðana [2]. Því má um kenna öðrum fyrirbærum, s.s. óstöðugleika innan vetrarbrauta, árekstrum sameindaskýja eða flóðkröftum af völdum nálægra vetrarbrauta.
Niðurstöðurnar birtast í Astrophysical Journal þann 10. janúar.
Geislun frá virkum vetrarbrautakjörnum kemur frá efni í gasskýjum og jafnvel stjörnum, sem hitnar og fellur svo inn í risavaxin svartholin í miðju vetrarbrautanna. Enn er því þó ósvarað hvernig efni skríður síðustu nokkur hundruð ljósárin að næsta nágrenni svartholanna áður en það hverfur okkur sjónum.
„Rannsókn af þessu stærðarþrepi hefði ekki verið möguleg nema nú nýverið, þegar viðamiklar rannsóknir hafa verið gerðar með Hubblessjónaukanum“ segir Mauricio Cisternas frá Max Planck Institute for Astronomy í Þýskalandi sem hafði umsjón með rannsóknunum. „Þær hafa veitt okkur gríðarstórt safn gagna um vetrarbrautir, jafnt virkar sem óvirkar, svo nú má rannsaka fjölmargar fjarlægar vetrarbrautir með mikilli nákvæmni. Áður en þessar rannsóknir voru gerðar, höfðum við ekki rannsakað nógu margar fjarlægar virkar vetrarbrautir.“
Cisternas og hans fólk valdi 140 virkar vetrarbrautir úr COSMOS rannsókninni. COSMOS rannsóknin spannar um tífalda sýndarstærð Mánans á himninum í stjörnumerkinu Sextantinum. Það svæði hefur verið kortlagt af Hubblessjónaukanum og öðrum sjónaukum á nokkrum bylgjulengdum ljóss. Á svæðinu eru nokkur hundruð þúsund vetrarbrautir af öllum gerðum. Hópnum tókst að greina virkar vetrarbrautir úr þessum hópi með því að nota rannsóknir í röntgenljósi frá XMM–Newton sjónauka ESA og jafnframt með því að skoða myndir Hubblessjónaukans af svæðinu.
Fyrir sérhverja virka vetrarbraut sem notuð var í rannsókninni, voru valdar níu óvirkar vetrarbrautir í svipaðri fjarlægð (og því á svipuðum stað í sögu alheims) úr gögnum Hubblessjónaukans. Í allt tók rannsóknin til ríflega 1.400 vetrarbrauta sem hópurinn gat notað við leit að sýnilegum ummerkjum vetrarbrautasamruna.
„Yfirleitt má ljóst vera ef vetrarbrautir hafa tekið þátt í samruna“ segir Knud Jahnke, meðhöfundur greinarinnar. „Í stað greinilegrar gormlögunar eða jafnrar sporvölulögunar, sem oft sjást á myndum Hubblessjónaukans, eru vetrarbrautir sem rekist hafa á, iðulega sveigðar eða beygðar. Við vildum átta okkur á hvort þessar bjöguðu vetrarbrautir væru líklegri en aðrar til að hýsa virkan kjarna.“
Þjálfað auga stjörnufræðings er mun betur til þess fallið að greina hvort vetrarbraut er bjögðuð eður ei en hvers konar tölvubúnaður. Til að nota þennan hæfileika, án þess að innleiða ómeðvitaða skekkju, tók Cisternas saman líkar vetrarbrautir og fjarlægði bjarta svæðið sem annars kæmi upp um virkan kjarna vetrarbrautarinnar. Tíu vetrarbrautasérfræðingar, við átta ólíkar stofnanir, ákvörðuðu hver í sínu lagi hvort tiltekin vetrarbraut væri bjöguð eða ekki, án vitneskju um það hvort sú vetrarbraut hefði virkan vetrarbrautakjarna.
Enginn þessara sérfræðinga fann sérstaka fylgni milli virkni vetrarbrautar og bjögunar hennar, þ.e.a.s. milli þess hvort svartholið í miðju vetrarbrautarinnar fær nóg að éta og hvort vetrarbrautin hafi runnið saman við aðra vetrarbraut.
Þó samruni vetrarbrauta sé nokkuð algengt fyrirbrigði og hafa líklega einhver áhrif á virkni sumra vetrarbrauta, er það hvorki algildur né ráðandi þáttur í mötun svarthola. Með hjálp tölfræði má fullyrða að a.m.k. 75% og mögulega allar þær virku vetrarbrautir sem myndast hafa síðustu átta milljarða árin eiga aðra skýringu á virkni sinni en þessa. Sem dæmi um valda að flutningi efnis að svartholum í miðju vetrarbrauta má nefna óstöðugleika í bjálkum þyrilvetrarbrauta, árekstrum stórra sameindaskýja eða hjáflugi nálægra vetrarbrauta sem enda ekki með samruna (kallað vetrarbrautaáreiti).
Er mögulegt að þó séu orsakatengsl milli samruna vetrarbrauta og virkni þeirra í enn fjarlægri fortíð? Þeirri spurningu hyggst hópurinn svara næst. Nothæf gögn munu berast frá tveimur rannsóknum sem nú eru í gangi (s.k. Multi-Cycle Treasury verkefnum) með Hubblessjónaukanum og athugunum frá arftaka hans, James Webb sjónaukanum, sem skotið verður á loft 2014.
Athugasemdir
Hubblessjónaukinn er samstarfsverkefni ESA og NASA.
[1] Hópurinn sem vinnur að rannsókninni er alþjóðlegur og í honum eru: Mauricio Cisternas (Max Planck Institute for Astronomy og University of Heidelberg), Knud Jahnke (Max Planck Institute for Astronomy), Katherine J Inskip (Max Planck Institute for Astronomy), Jeyhan Kartaltepe (National Optical Astronomy Observatory), Anton M Koekemoer (Space Telescope Science Institute), Thorsten Lisker (University of Heidelberg), Aday R Robaina (Max Planck Institute for Astronomy), Marco Scodeggio (IASF-INAF), Kartik Sheth (California Institute of Technology and Spitzer Science Center), Jonathan R Trump (University of Arizona), René Andrae (Max Planck Institute for Astronomy), Takamitsu Miyaji (Universidad Nacional Autónoma de Mexico and University of California at San Diego), Elisabeta Lusso (INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna), Marcella Brusa (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), Peter Capak (California Institute of Technology), Nico Cappelluti (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), Francesca Civano (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics), Olivier Ilbert (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) Chris D Impey (Spitzer Science Center), Alexie Leauthaud (LBNL & Berkeley Center for Cosmological Physics), Simon J Lilly (ETH Zurich), Mara Salvato (Max Planck Institute for Plasma Physics), Nick Z Scoville (California Institute of Technology) og Yoshi Taniguchi (Ehime University).
[2] Okkar bestu kenningar áætla að alheimurinn sé um 13,7 milljarða ára gamall. Fjarlægustu vetrarbrautinar (og jafnframt þær elstu) sem Hubble hefur kannað, sá hann eins og þær voru fyrir þrettán milljörðum ára. Tekið hefur ljósið frá þeim vetrarbrautum sem notaðar voru í rannsókninni, allt að átta milljarða ára að ná til okkar, sem er meira hálfur aldur alheims.
Tengdar myndir
Tenglar
Myndir af Hubblessjónaukanum
Greinin í Astrophysical Journal (PDF)
Fréttatilkynning MPIA
Max-Planck Institute for Astronomy
Heimasíða Mauricio Cisternas
Heimasíða Knud Jahnke homepage
Rannsóknarhópur MPIA um samþróun vetrarbrauta og svarthola
COSMOS rannsóknin
Tengiliðir
Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Reykjavík, Ísland
Sími: +354-663-6867
Tölvupóstur: ote1[hjá][hi.is
Mauricio Cisternas
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221-528-335
Tölvupóstur: cisternas[hjá]mpia.de
Knud Jahnke
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221 528-398
Tölvupóstur: jahnke[hjá]mpia.de
Oli Usher
Hubble/ESA
Garching, Þýskalandi
Sími: +49-89-3200-6855
Tölvupóstur: ousher[hjá]eso.org
Markus Pössel
Max Planck Institute for Astronomy Press Office
Heidelberg, Þýskalandi
Sími: +49-6221-528-261
Tölvupóstur: poessel[hjá]mpia.de
Þessi frétt er þýðing á fréttatilkynningu ESA/NASA heic1101.