De allra största svarta hålen når en viss punkt och växer sedan inte längre, enligt den bästa undersökning hittills av svarta hål gjorda med NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Forskare har också upptäckt många tidigare dolda svarta hål som ligger långt under deras viktgräns.
Dessa nya resultat bekräftar det senaste teoretiska arbetet om hur svarta hål och galaxer växer. De största svarta hålen, de med minst 100 miljoner gånger solens massa, åt ätligt under det tidiga universum. Nästan alla av dem slutade på "mat" för miljarder år sedan och gick in på en svältdött.
Fokus på svarta hål i Chandra Deep Field North Fokus på svarta hål i Chandra Deep Field North
Å andra sidan följde svarta hål mellan cirka 10 och 100 miljoner solmassor en mer kontrollerad ätplan. Eftersom de tog mindre delar av sina måltider med gas och damm fortsätter de att växa i dag.
"Våra data visar att vissa supermassiva svarta hål verkar binge, medan andra föredrar att bete", sa Amy Barger från University of Wisconsin i Madison och University of Hawaii, huvudförfattare till uppsatsen som beskriver resultaten i det senaste numret av The Astronomical Journal (Feb 2005). "Vi förstår nu bättre än någonsin tidigare hur supermassiva svarta hål växer."
En uppenbarelse är att det finns en stark koppling mellan tillväxten av svarta hål och födelsen av stjärnor. Tidigare hade astronomer gjort noggranna studier av stjärnfödelsen i galaxer, men visste inte så mycket om de svarta hålen i deras centra.
"Dessa galaxer tappar material i sina centrala svarta hål på samma gång som de gör sina stjärnor," sade Barger. "Så oavsett mekanism som styr stjärnbildningen i galaxer styr också tillväxten av svart hål."
Astronomer har gjort en exakt folkräkning av både de största, aktiva svarta hålen i avståndet och de relativt mindre, lugnare som är närmare. För första gången har de däremellan räknats ordentligt.
Tillväxt av de största illustrerade svarta hålen Tillväxt av de största illustrerade svarta hålen
"Vi måste ha ett exakt huvudräkning över tiden av alla växande svarta hål om vi någonsin hoppas förstå deras vanor, så att säga," medförfattare Richard Mushotzky från NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md.
Själva supermassiva svarta hål är osynliga, men uppvärmd gas runt dem - av vilka vissa så småningom kommer att falla i det svarta hålet - producerar stora mängder strålning i galaxens centrum när de svarta hålen växer.
Denna studie baserade sig på de djupaste röntgenbilder som någonsin erhållits, Chandra Deep Fields North and South, plus en nyckelomfattande undersökning av ett bredare område av ett område som kallas ”Lockman Hole”. Avståndet till röntgenkällorna bestämdes genom optisk spektroskopisk uppföljning vid Keck 10-meters teleskop på Mauna Kea på Hawaii och visar de svarta hålen från mindre än en miljard till 12 miljarder ljusår bort.
Eftersom röntgenstrålar kan tränga igenom gasen och dammet som blockerar optisk och ultraviolett emission är röntgenbilderna med mycket lång exponering avgörande för att hitta svarta hål som annars skulle gå obemärkt.
Chandra fann att många av de svarta hålen mindre än cirka 100 miljoner solar begravdes under stora mängder damm och gas, vilket förhindrar detektering av det optiska ljuset från det uppvärmda materialet nära det svarta hålet. Röntgenstrålarna är mer energiska och kan grava igenom detta damm och gas. Emellertid visar de största av de svarta hålen lite tecken på fördunklning av damm eller gas. I en form av självkontroll av vikt kan kraftfulla vindar som genereras av det svarta hålets matande frenesi ha rensat bort kvarvarande damm och gas.
Andra aspekter av svart håltillväxt avslöjades. Exempelvis minskar den typiska storleken på galaxerna som genomgår supermassiv bildning av svart hål med kosmisk tid. Sådana ”kosmiska nedskärningar” observerades tidigare för galaxer som genomgick stjärnbildning. Dessa resultat ansluter sig bra till observationerna från närliggande galaxer, som finner att massan i ett supermassivt svart hål är proportionellt mot massan i den centrala regionen i värdgalaxen.
De andra medförfattarna på papperet i februari 2005-numret av The Astronomical Journal var Len Cowie, Wei-Hao Wang och Peter Capak (Institutet för astronomi, Hawaii, Univ. Of Hawaii), Yuxuan Yang (GSFC och Univ of Maryland) , College Park) och Aaron Steffan (Univ. Of Wisconsin, Madison).
NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala, hanterar Chandra-programmet för NASA: s rymdmissionsdirektorat, Washington. Northrop Grumman från Redondo Beach, Kalifornien, tidigare TRW, Inc., var den främsta utvecklingsentreprenören för observatoriet. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Ytterligare information och bilder finns på: http://chandra.harvard.edu och http://chandra.nasa.gov
Originalkälla: Chandra News Release
