Obserwacje Chandry sugerują że czarne dziury obżerają się w nadmiernym tempie

Obserwacje Chandry sugerują że czarne dziury obżerają się w nadmiernym tempieOriginal press release

A new study of 51 distant quasars using Chandra reveals a population of black holes that consume excessive amounts of matter. The artist's illustration shows how a thick, donut-shaped disk around the black hole blocks a substantial amount of the X-rays that would otherwise escape the system. The important implication of these "thick-disk" quasars is that they may harbor black holes growing at an extraordinarily rapid rate. Three of the quasars in the study are included as Chandra images below the illustration.Nowe badania, wykorzystujące dane dostarczone przez teleskop rentgenowski NASA Chandra X-ray Observatory wskazuje, że grupa nietypowych, olbrzymich czarnych zdaje się spożywać nadmierne ilości materii. Odkrycie  to może pomóc astronomom w zrozumieniu, jak największe czarne dziury były w stanie szybko rosnąć w młodym Wszechświecie.

Astronomowie wiedzą już od pewnego czasu, że super masywne czarne dziury – o masach od milionów do miliardów razy większych od masy Słońca, znajdywane w jądrach większości (a być może wszystkich) galaktyk – pochłaniają ogromne ilości gazu i pyłu, które dostają się w ich pola grawitacyjne. Gdy materia ta opada w kieruku czarnych dziur, rozpala się do takiej jasności, że może być dostrzegana z odległości miliardów lat świetlnych. Astronomowie nazywają takie niezwykle żarłoczne czarne dziury kwazarami.

Nowe wyniki sugerują jednak, że naukowcy nie docenili żarłoczności niektórych kwazarów.

„Nawet jak na słynnych pochłaniaczy materii, badane ogromne czarne dziury ustanawiają nową jakość – pożerając materię co najmniej pięć do dziesięciu razy szybciej niż typowe kwazary”- mówi Bin Luo z Penn State University w State College w Pensylwanii, kierujący badaniami.

Luo i jego koledzy badali dane 51 kwazarów znajdujących się w odległości od około 5 mld euro i 11,5 mld lat świetlnych od Ziemi zebrane przez teleskop Chandra. Obiekty te zostały wybrane ze względu na wyjątkowo słabą emisję pewnych pierwiastków, zwłaszcza węgla, w paśmie ultrafioletowym. Około 65% z kwazarów objętych badaniami okazały się być znacząco słabsze w paśmie rentgenowskich, średnio nawet 40 krotnie, niż typowe kwazary.

Słabe ultrafioletowe emisje atomowe oraz promieniowania rentgenowskiego tych obiektów może być ważną wskazówką w poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie, jak super masywna czarna dziura pochłania materię. Symulacje komputerowe pokazują, że w przypadkach powolnego opadania, materia wiruje wokół czarnej dziury tworząc cienki dysk. Jednakże, jeśli szybkość opadania jest wysoka, dysk może znacznie zwiększyć grubość pod wpływem wysokie ciśnienia promieniowania przyjmując kształt torusa pączka, który otacza część wewnętrzną dysku.

„Ten obraz pasuje do naszych danych”-  mówi współautor badań, Jianfeng Wu z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, w stanie Massachusetts. „Jeżeli kwazar jest otoczony przez dużej grubości, toroidalną strukturą gazu i pyłów, ta pochłania dużo promieniowania powstającego w pobliżu czarnej dziury i zapobiega jonizacji gazu znajdującego się w większej odległości co prowadzi do słabszej emisji cząstek w ultrafiolecie i paśmie rentgenowski

Prowadzi to także do naruszenia równowagi pomiędzy grawitacją, która ściaga materię so wewnątrz a ciśnieniem promieniowania przeciwdziałającym jej opadaniu.

„Więcej promieniowania jest emitowane na zewnątrz w kierunku prostopadłym do dysku, a nie wzdłuż niego, dzięki czemu materia może opadać w większym tempie”- dodaje kolejny współautor badań, Niel Brandt, również z Uniwersytetu Penn State.

Ważną implikacją badań jest to, że takie kwazary z grubymi dyskami mogą być domem czarnych dziur rosnących w nadzwyczajnie szybkim tempie. Obecne i poprzednie badania przez różne zespoły te sugerują, że takie kwazary mogą być bardziej powszechne we wczesnym Wszechświecie, w okresie około miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Tak szybki wzrost może również wyjaśnić istnienie ogromnych czarnych dziur w jeszcze wcześniejszym okresie.

Artykuł prezentujący wyniki pojawi się w najnowszym wydaniu The Astrophysical Journal i jest już dostępny online.

Marshall Space Flight Center w Huntsville, Alabama, zarządza programem Chandra Science Mission Directorate dla agencji w Waszyngtonie. Smithsonian Astrophysical Observatory w Cambridge, Massachusetts kontroluje działalność naukowo lotu Chandra.

Źródło: NASA Chandra

Zdjęcie/ilustracja: X-ray: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss)

NASA’s Chandra Suggests Black Holes Gorging at Excessive Rates

A new study of 51 distant quasars using Chandra reveals a population of black holes that consume excessive amounts of matter. The artist's illustration shows how a thick, donut-shaped disk around the black hole blocks a substantial amount of the X-rays that would otherwise escape the system. The important implication of these "thick-disk" quasars is that they may harbor black holes growing at an extraordinarily rapid rate. Three of the quasars in the study are included as Chandra images below the illustration.A group of unusual giant black holes may be consuming excessive amounts of matter, according to a new study using NASA’s Chandra X-ray Observatory. This finding may help astronomers understand how the largest black holes were able to grow so rapidly in the early Universe.

Astronomers have known for some time that supermassive black holes − with masses ranging from millions to billions of times the mass of the Sun and residing at the centers of galaxies − can gobble up huge quantities of gas and dust that have fallen into their gravitational pull. As the matter falls towards these black holes, it glows with such brilliance that they can be seen billions of light years away. Astronomers call these extremely ravenous black holes „quasars.”

This new result suggests that some quasars are even more adept at devouring material than scientists previously knew.

„Even for famously prodigious consumers of material, these huge black holes appear to be dining at enormous rates, at least five to ten times faster than typical quasars,” said Bin Luo of Penn State University in State College, Pennsylvania, who led the study.

Luo and his colleagues examined data from Chandra for 51 quasars that are located at a distance between about 5 billion and 11.5 billion light years from Earth. These quasars were selected because they had unusually weak emission from certain atoms, especially carbon, at ultraviolet wavelengths. About 65% of the quasars in this new study were found to be much fainter in X-rays, by about 40 times on average, than typical quasars.

The weak ultraviolet atomic emission and X-ray fluxes from these objects could be an important clue to the question of how a supermassive black hole pulls in matter. Computer simulations show that, at low inflow rates, matter swirls toward the black hole in a thin disk. However, if the rate of inflow is high, the disk can puff up dramatically, because of pressure from the high radiation, into a torus or donut that surrounds the inner part of the disk.

„This picture fits with our data,” said co-author Jianfeng Wu of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, in Cambridge, Massachusetts. „If a quasar is embedded in a thick donut-shaped structure of gas and dust, the donut will absorb much of the radiation produced closer to the black hole and prevent it from striking gas located further out, resulting in weaker ultraviolet atomic emission and X-ray emission.”

The usual balance between the inward pull of gravity and the outward pressure of radiation would also be affected.

„More radiation would be emitted in a direction perpendicular to the thick disk, rather than along the disk, allowing material to fall in at higher rates,” said co-author Niel Brandt, also of Penn State University.

The important implication is that these „thick-disk” quasars may harbor black holes growing at an extraordinarily rapid rate. The current study and previous ones by different teams suggest that such quasars might have been more common in the early Universe, only about a billion years after the Big Bang. Such rapid growth might also explain the existence of huge black holes at even earlier times.

A paper describing these results appears in an upcoming issue of The Astrophysical Journal and is available online. NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for the agency’s Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra’s science and flight operations.

Written by Tomasz Czarnecki

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *