Svart hål formar stjärnor till pärlor på ett snöre

Hubble’s Wide Field Camera 3 (WFC3) view of the SDSS J1531+3414 galaxy cluster (hereafter SDSS 1531) is the focus of this paper. Near-UV (NUV), V-band, H-band, and I-band emission are shown in blue, cyan, red, and yellow, respectively. The cluster features remarkable strong-lensing arcs, numerous elliptical and spiral galaxies, and the focus of this paper: merging elliptical brightest cluster galaxies (BCGs). From left to right, the three inset panels show a closer view of the merging elliptical nuclei and “beads on a string” star formation in the V-band, the BCGs in all bands, and the 19 resolved young stellar superclusters in the rest-frame NUV. Credit: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.06762
Hubble’s Wide Field Camera 3 (WFC3) view of the SDSS J1531+3414 galaxy cluster (hereafter SDSS 1531) is the focus of this paper. Near-UV (NUV), V-band, H-band, and I-band emission are shown in blue, cyan, red, and yellow, respectively. The cluster features remarkable strong-lensing arcs, numerous elliptical and spiral galaxies, and the focus of this paper: merging elliptical brightest cluster galaxies (BCGs). From left to right, the three inset panels show a closer view of the merging elliptical nuclei and “beads on a string” star formation in the V-band, the BCGs in all bands, and the 19 resolved young stellar superclusters in the rest-frame NUV. Credit: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.06762

Astronomer har upptäckt ett av de kraftigaste utbrotten från ett svart hål som någonsin registrerats. Denna megaexplosion för miljarder år sedan kan bidra till att förklara bildandet av ett slående mönster av stjärnkluster runt två massiva galaxer, som liknar pärlor på ett snöre.

Upptäckten gjordes i systemet som kallas SDSS J1531+3414 (förkortat SDSS J1531), som befinner sig 3,8 miljarder ljusår från jorden. Flera teleskop användes för denna studie, inklusive NASA:s Chandra X-ray Observatory och Low Frequency Array (LOFAR), ett radioteleskop.

SDSS J1531 är ett massivt galaxkluster som innehåller hundratals enskilda galaxer och enorma reservoarer av varm gas och mörk materia. I hjärtat av SDSS J1531 kolliderar två av klustrets största galaxer med varandra.

Runt dessa sammanslagna jättar finns 19 stora stjärnkluster, så kallade superkluster, arrangerade i en ”S”-formation som liknar pärlor på ett snöre. Ett team av astronomer använde röntgen-, radio- och optiska data för att ta reda på hur denna ovanliga kedja av stjärnkluster sannolikt bildades.

Deras upptäckt av bevis för ett gammalt titaniskt utbrott i SDSS J1531 gav en viktig ledtråd. Utbrottet inträffade sannolikt när det supermassiva svarta hålet i centrum av en av de stora galaxerna producerade en extremt kraftfull jetstråle. När strålen rörde sig genom rymden pressade den den omgivande heta gasen bort från det svarta hålet, vilket skapade ett gigantiskt hålrum.

Osase Omoruyi, som ledde studien vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, jämförde upptäckten av detta hålrum med att gräva fram en begravd fossil. ”Vi tittar redan på det här systemet som det såg ut för fyra miljarder år sedan, inte långt efter att jorden bildades”, säger hon. ”Denna urgamla hålighet, ett fossil av det svarta hålets effekt på värdgalaxen och dess omgivning, berättar för oss om en viktig händelse som inträffade nästan 200 miljoner år tidigare i klustrets historia.”

Beviset för en hålighet kommer från ”vingar” av ljus röntgenstrålning, sett med Chandra, som spårar tät gas nära centrum av SDSS J1531. Dessa vingar utgör kavitetens kant, och den mindre täta gasen däremellan är en del av kaviteten. LOFAR visar radiovågor från resterna av jetstrålens energetiska partiklar som fyller ut det gigantiska hålrummet. Tillsammans ger dessa data övertygande bevis på en gammal, massiv explosion.

Astronomerna upptäckte också kall och varm gas i närheten av hålrummets öppning, som upptäcktes med Atacama Large Millimeter and Submillimeter Array (ALMA) respektive Gemini North Telescope. De hävdar att en del av den heta gasen som trycktes bort från det svarta hålet så småningom kyldes för att bilda kall och varm gas. Teamet tror att tidvatteneffekter från de två sammanslagna galaxerna pressade samman gasen längs böjda banor, vilket ledde till att stjärnhoparna bildades i mönstret ”pärlor på ett snöre”.

”Vi har rekonstruerat en sannolik sekvens av händelser i detta kluster som inträffade över ett stort antal avstånd och tider. Det började med att det svarta hålet var en liten bråkdel av ett ljusår brett och bildade ett hålrum som var nästan 500 000 ljusår brett”, säger medförfattaren Grant Tremblay, också från CfA. ”Denna enda händelse satte igång bildandet av de unga stjärnklustren nästan 200 miljoner år senare, var och en några tusen ljusår bred.”

Omoruyi och hennes kollegor ser bara radiovågor och ett hålrum från en jetstråle, men svarta hål avfyrar vanligtvis två jetstrålar i motsatta riktningar. Teamet har observerat radiostrålning längre bort från galaxerna som kan vara resterna från en andra jetstråle, men den är inte associerad med en detekterad kavitet. De antar att radio- och röntgensignalerna från det andra utbrottet kan ha bleknat till den grad att de inte längre kan upptäckas.

”Vi anser att våra bevis för denna enorma eruption är starka, men fler observationer med Chandra och LOFAR skulle avgöra saken”, säger Omoruyi. ”Vi hoppas kunna lära oss mer om ursprunget till det hålrum vi redan har upptäckt och hitta det som förväntas på andra sidan av det svarta hålet.”

Forskningen publiceras i The Astrophysical Journal.

Ytterligare information: Osase Omoruyi et al, ”Beads-on-a-string” Star Formation Tied to One of the Most Powerful Active Galactic Nucleus Outbursts Observed in a Cool-core Galaxy Cluster, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad1101

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.