Djupt i hjärtat av vår galax lurar ett svart hål. Eller är det? Samtidigt som allt kan vara tyst på västra fronten nu, kan det finnas bevis för att vårt galaktiska centrum en gång var hem för någon ganska imponerande aktivitet - aktivitet som kan ha inkluderat flera kollisionshändelser och sammanslagningar av svarta hål när det gorged på en satellitgalaxier. Tack vare ny insikt från ett par assistentprofessorer, Kelly Holley-Bockelmann på Vanderbilt och Tamara Bogdanovic vid Georgia Institute of Technology, har vi fler bevis som pekar på Vintergatan's otroligt aktiva förflutna.
"Tamara och jag hade precis deltagit på en astronomikonferens i Aspen, Colorado, där flera av dessa nya observationer tillkännagavs," sade Holley-Bockelmann. ”Det var januari 2010 och en snöstorm hade stängt flygplatsen. Vi beslutade att hyra en bil för att köra till Denver. När vi körde genom stormen sammansatte vi ledtrådarna från konferensen och insåg att en enda katastrofal händelse - kollisionen mellan två svarta hål för cirka 10 miljoner år sedan - kunde förklara alla de nya bevisen. ”
Föreställ dig nu en natthimmel upplyst av en enorm nebulosa, en som täcker halva himmelsfären. Detta är inte en dröm, det är en verklighet. Dessa massiva fliser av högenergistrålning är kända som Fermi-bubblor och de täcker ett område cirka 30 000 ljusår på vardera sidan av Vintergatan. Även om vi inte kan se dem direkt i synligt ljus, rör sig dessa partiklar på nära 186 000 miles per sekund och glödande i röntgen- och gammastråls våglängder.
Enligt Fulai Guo och William G. Mathews från University of California i Santa Cruz: “Fermi-bubblorna ger troligt bevis för en ny kraftfull AGN-jetaktivitet i vår galax, och kaster ut nya insikter om ursprunget till halo CR-befolkningen och kanalen genom vilka massiva svarta hål i skivgalaxer släpper feedbackenergi under deras tillväxt. ”
Men i vårt galaktiska centrum finns mer än bara några otroliga bubblor - det är platsen för tre av de mest massiva kluster av unga stjärnor inom Vintergatan. Känd som central-, bågs- och kvintuplettklyngarna har varje grupp flera hundra heta, unga stjärnor som dvärgar solen. De kommer att leva korta, ljusa, våldsamma liv ... bränna ut på knappt miljoner år. Eftersom de lever snabbt och dör unga, måste dessa klusterstjärnor ha bildats under de senaste åren under ett utbrott av stjärnbildning nära det galaktiska centrumet - en annan ledtråd till detta kosmiska pussel.
”På grund av deras höga massa, och uppenbara topptunga IMF, innehåller Galactic Center-klusterna några av de mest massiva stjärnorna i Galaxy. Detta är viktigt, eftersom massiva stjärnor är viktiga ingredienser och sonder för astrofysiska fenomen i alla storlekar och avståndsskalor, från enskilda stjärnbildningsplatser, till exempel Orion, till det tidiga universum under ålder av återjonisering när de första stjärnorna föddes. Som ingredienser kontrollerar de den dynamiska och kemiska utvecklingen av deras lokala miljöer och enskilda galaxer genom sitt inflytande på det interstellära mediets energi och sammansättning. ” säger Donald F. Figer. ”De spelar troligtvis en viktig roll i den tidiga utvecklingen av de första galaxerna, och det finns bevis för att de är föregångarna till de mest energiska explosionerna i universum, sett som gammastrålar. Som sonder definierar de de övre gränserna för stjärnbildningsprocessen och deras närvaro avslutar sannolikt ytterligare bildning av närliggande stjärnor med lägre massa. De är också framstående produktionsprodukter av galaktiska sammanslagningar, starburst-galaxer och aktiva galaktiska kärnor. ”
För att fördjupa mysteriet, titta närmare på vårt centrala svarta hål. Den sträcker sig över 40 ljus sekunder i diameter och väger cirka fyra miljoner solmassor. Enligt vad vi vet bör detta ge intensiva gravitationsvatten - de som bör suga i omgivningen. Så hur är det att astronomer har upptäckt grupper av nya, ljusa stjärnor närmare än 3 ljusår från händelseshorisonten? Naturligtvis kan de vara på väg till glömska, men uppgifterna visar att dessa stjärnor verkar ha bildats där. Det är en ganska prestation med tanke på att det skulle kräva ett molekylärt moln som är 10 000 gånger tätare än det som finns i vårt galaktiska centrum! Bör inte det också finnas gamla stjärnor där också? Svaret är ja, det borde finnas ... men det finns mycket färre än vad vi kan observera och vad de nuvarande teoretiska modellerna förutspår.
Holley-Bockelmann var inte på väg att låta problemet vila. När hon återvände hem, tog hon hjälp av Vanderbilt doktorand Meagan Lang för att hjälpa till att lösa gåtan. Sedan rekryterade de Pau Amaro-Seoane från Max Planck Institute for Gravitational Physics i Tyskland, Alberto Sesana från Institut de Ciències de l'Espai i Spanien och Vanderbilt forskningsassistent Manodeep Sinha för att hjälpa. Med så många ljusa sinnen som hjälper till att lösa denna gåta, kom de snart till en rimlig förklaring - en som matchar observationer och möjliggör testbara förutsägelser.
Enligt deras teori började en Vintergatan-satellitgalax migrera mot vår kärna. När den slogs samman med vår galax, revs dess massa bort, vilket bara lämnade sitt svarta hål och en liten samling gravitationsbundna stjärnor. Efter flera miljoner år nådde denna "rest" så småningom det galaktiska centrumet och de svarta hålen började smälta samman. När det mindre svarta hålet virvlades runt det större, plogade det upp enorma fåror med gas och damm, och pressade det in i det större svarta hålet och skapade Fermi-bubblorna. De duellerande gravitationskrafterna var inte skonsamma ... dessa intensiva tidvatten var ganska kapabla att komprimera molekylära moln som omger kärnan till den täthet som krävs för att producera färska unga stjärnor. Kanske de mycket unga stjärnorna som vi nu observerar i det galaktiska centrumet?
Men det finns mer i bilden än som möter ögat. Samma plöjning av det kosmiska torvet skulle också ha drivit ut befintliga äldre stjärnor från närheten av det enorma centrala svarta hålet. Det är en scen som passar nuvarande modeller där en sammanslagning av svart hål kastar stjärnor ut i galaxen med hyperhastigheter ... en scen som passar iakttagandet av bristen på gamla stjärnor vid gränserna för vårt supermassiva svarta hål.
"Tyngdkraften i satellitgalaxens svarta hål kunde ha snitit nästan 1 000 stjärnor ur det galaktiska centrumet," sade Bogdanovic. "De stjärnorna bör fortfarande tävla genom rymden, ungefär 10 000 ljusår bort från sina ursprungliga banor."
Kan något av detta bevisas? Svaret är ja. Tack vare undersökningar i stor skala som Sloan Digital Sky Survey, borde vi kunna identifiera stjärnor som rör sig med högre hastighet än stjärnor som inte har utsatts för en liknande interaktion. Om astronomer som Holley-Bockelmann och Bogdanovic ser på de hårda bevisen, kommer de sannolikt att upptäcka ett trovärdigt antal höghastighetsstjärnor som kommer att validera deras Milky Way-fusionsmodell.
Eller blåser de bara bubblor?
