Astronomer har hittat ett supermassivt svart hål (SMBH) med ett ovanligt regelbundet utfodringsschema. Besemoten är en aktiv galaktisk kärna (AGN) i hjärtat av Seyfert 2-galaxen GSN 069. AGN är cirka 250 miljoner ljusår från Jorden och innehåller ungefär 400 000 gånger solens massa.
Teamet av astronomer använde ESA: s XMM-Newton och NASA: s Chandra röntgenobservatorium för att observera röntgenutsläppen från SMBH. Cirka var 9: e timme blossar det svarta hålet ljust med röntgenstrålar när material dras in i det. Astronomer har hittat två andra svarta hål i stjärnmassa som blossar regelbundet när de matas, men denna typ av regelbundenhet i ett supermassivt svart hål har aldrig sett förut.
"Det här svarta hålet är en måltidsplan som vi aldrig har sett förut."
Giovanni Miniutti, huvudförfattare, ESA Center for Astrobiology, Spain.
Det papper som beskriver denna upptäckt publiceras i Nature och har rubriken "Nio timmars röntgenkvasperiodiska utbrott från en galaktisk kärna i svart hål i svartmassa." Huvudförfattare är Giovanni Miniutti från ESA: s Center for Astrobiology i Spanien. Enligt artikeln förbrukar SMBH cirka fyra månar värt material tre gånger varje dag. Det betyder att varje gång det svarta hålet matas, konsumerar det cirka en miljon miljarder pund material.
"Det här svarta hålet är på en måltidsplan som vi aldrig har sett förut," sade Miniutti i ett pressmeddelande. "Detta beteende är så aldrig tidigare skådat att vi var tvungna att mynta ett nytt uttryck för att beskriva det:" X-ray Quasi-Periodic Eruptions "."
Röntgenutsläpp från denna SMBH har varit kända och observerade sedan juli 2010, men de var stadiga. Den nya artikeln är baserad på 54 dagars observationer som började i december 2018, början med ESA: s XMM-Newton-observatorium. Det observatoriet upptäckte två skurar den 24 december. I januari fann XMM-Newton ytterligare tre av dessa regelbundna skurar.
Sedan begärde astronomer mer observationstid med NASA: s Chandra-observatorium för att undersöka. Chandra observerade ytterligare fem av dessa händelser. Under det nuvarande regelbundna utbrottet ökar röntgenstrålningsaktiviteten med två storlekar över röntgenutsläppen. Varje floss varar drygt en timme och inträffar var nio timmar.
"Genom att kombinera data från dessa två röntgenobservatorier har vi spårat dessa periodiska utbrott i minst 54 dagar", sa medförfattaren Richard Saxton från European Space Astronomy Center i Madrid, Spanien. "Detta ger oss en unik möjlighet att bevittna flödet av materia i ett supermassivt svart hål upprepade gånger påskynda och sakta ner."
Under vart och ett av dessa utbrott är röntgenstrålningen 20 gånger ljusare än under tyst perioder. Temperaturen på den fallande gasen stiger också. Det stiger från cirka 1 miljon grader Fahrenheit under tystare perioder till 2,5 miljoner grader Fahrenheit under flares. Den högre temperaturen är ungefär densamma som temperaturen på gas runt de flesta SMBH som växer aktivt.
Orsaken till dessa regelbundna flares är okänd. Den heta 2,5 miljoner graden F. som omger GSN 069 är samma temperatur som gas som omger andra SMBH. Det är ett mysterium eftersom det helt enkelt är för varmt att vara från den fallande skivan med material som omger svarta hål. Men GSN 069 är en unik möjlighet att studera fenomenet eftersom den heta gasen bildas upprepade gånger försvinner sedan.
Normalt orsakas denna heta gas av att en stjärna slits ihop och konsumeras av ett svart hål, eller så tror astronomer. Men den korrekthet som GSN 069 ställer ut är ett mysterium.
"Vi tror att röntgenutsläppets ursprung är en stjärna som det svarta hålet delvis eller helt har rivits isär och långsamt konsumerar bit för bit", sa medförfattaren Margherita Giustini, också ESA: s Center for Astrobiology. "Men vad gäller de upprepade skurarna är detta en helt annan historia vars ursprung måste studeras med ytterligare data och nya teoretiska modeller."
Återigen, att se ett supermassivt svart hål konsumera gas från en stjärna är inget nytt. Det är regelbundenheten i GSN 069s fällning som är head-scratcher. Studiens författare föreslår två möjliga förklaringar till SMBH: s regelbundna utfodringsschema:
- Mängden energi i skivan bygger sig upp tills den blir instabil och materien faller snabbt in i det svarta hålet som producerar skurarna. Den cykeln upprepas.
- Det finns en interaktion mellan disken och en sekundär kropp som kretsar runt det svarta hålet, kanske resten av den delvis störda stjärnan.
Tack vare Chandra-observationerna vet forskargruppen att källan till de utskjutande röntgenstrålarna ligger mitt i GSN 069. Det är där en SMBH förväntas vara. De kombinerade uppgifterna från Chandra och XMM-Newton visar också tydligt att utbländningen, även om den är regelbunden, långsamt förändras: både storleken och varaktigheten på ”svarta hålets” måltider har minskat något och utrymmet mellan varje måltid växer. Det är upp till framtida observationer för att se om dessa trender fortsätter.
GSN 069 är på den lilla sidan för en SMBH. Vanligtvis innehåller en SMBH så mycket massa som flera miljoner eller till och med flera miljarder solar, medan GSN 069 bara innehåller cirka 400 000 solvärden. Det kan hjälpa till att förklara varför denna typ av vanlig utfodring inte har sett förut.
För större SMBH: er, mycket större än den här, är deras ljusstyrkor mycket långsammare. I stället för att bryta ut var tionde timme, bör det ta dem månader eller till och med år att blossa så här. Det skulle förklara varför kvasi-periodiska utbrott (QPE) som dessa inte har observerats. Röntgenobservatorier är upptagna, och det finns inget sätt att träna en på ett enda mål så länge.
Det har förekommit flera fall där stora ökningar eller minskningar av röntgenstrålar producerade av svarta hål har observerats. Dessa observationer förlitade sig på upprepade observationer över månader eller till och med år. Vissa av dessa förändringar är för snabba för att förklaras med standardteorin om fallande materia från ett svart hols ackretionsskiva. Men denna upptäckt kunde förklara dessa observationer. De kan ha samma beteende som GSN 069.
Mer:
- Pressmeddelande: Forskare upptäcker att Black Hole har tre varma måltider om dagen
- Forskningsdokument: Nio timmars röntgenkvasperiodiska utbrott från en galaktisk kärna med svart hål
- Wikipedia: Active Galactic Nucleus
