​Alma:s närbild av mitten av galaxen NGC 1377 avslöjar en virvlande stråle. I den färgkodade bilden (ovan till höger) syns rödaktiga moln av gas som är på väg bort från oss, och blåaktiga moln som är på väg emot oss relativt galaxens mitt. Alma-bilden visar ljus med våglängd kring en millimeter från kolmonoxidmolekyler (CO). I illustrationen (nedan till höger) visas hur molnen i strålen rör sig, denna gång sedda från sidan. ​
​CTIO/H. Roussel m. fl./ESO (bakgrund); ALMA/ESO/NRAO/S. Aalto (panel t. h.); S. Aalto (längst t. h.)

Alma upptäcker en virvlande stråle som avslöjar ett växande, supermassivt svart hål

Ett forskarlag som leds av astronomer vid Chalmers har använt teleskopet Alma för att göra en oväntad upptäckt: en märklig, virvlande stråle av sval, tät gas i mitten av en galax som ligger 70 miljoner ljusår från jorden. Strålen ger forskare nya ledtrådar i gåtan om hur supermassiva svarta hål växer sig stora.
Ett forskarteam som leds av Susanne Aalto, professor i radioastronomi vid Chalmers, har använt teleskopet Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) för att observera en märklig struktur i mitten av galaxen NGC 1377, som ligger 70 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Floden Eridanus. Forskningsresultaten publiceras i en artikel i juninumret av tidskriften Astronomy and Astrophysics.

– Vi blev nyfikna på denna galax på grund av dess ljusa, men damm- och stoftinbäddade mitt som hindrar vanligt ljus från att tränga ut. Vi hittade något som vi inte hade väntat oss: en lång, smal stråle som strömmar ut från galaxens kärna, säger Susanne Aalto.

Observationerna med Alma avslöjar en stråle som är 500 ljusår lång och mindre än 60 ljusår tvärsöver och som färdas i hastigheter på minst 800 000 kilometer i timmen.

I mitten av de flesta galaxer ligger ett supermassivt svart hål. Dessa svarta hål kan kan väga från ett par miljoner till en miljard gånger solens massa. Just hur de kan växa sig så stora har länge varit ett mysterium för forskare.

Ett svart hål kan ge sig till känna för teleskop när materia faller in i det – i en process som astronomer kallar ”ackretion”. Snabba jetstrålar är ett typiskt kännetecken för ett svart hål som växer genom att sluka materia. Strålen i NGC 1377 avslöjar att här finns ett supermassivt svart hål. Men den har ännu mer att berätta, förklarar chalmersastronomen Francesco Costagliola, som är medförfattare till artikeln.

– Strålarna som vi oftast får se från galaxers kärnor är mycket smala rör av het plasma. Den här strålen är något helt annat. Istället är den extremt sval, och den lyser tack vare tät gas som utgörs av molekyler, säger han.

Strålen har fört ut molekylär gas ut som motsvarar två miljoner gånger solens massa på bara omkring en halv miljon år – en mycket kort tid i en galax liv. Under denna korta och dramatiska fas i galaxens utveckling måste det supertunga svarta hålet i dess mitt ha vuxit fort.

– De svarta hålen som ligger bakom kraftfulla smala strålar kan växa långsamt genom att dra till sig het plasma. Det svarta hålet i NGC 1377 har istället en kosthållning bestående av sval gas, stoft och damm och därför kan det växa – åtminstone just nu – mycket fortare, förklarar Jay Gallagher, astronom vid University of Wisconsin-Madison, som också ingår i forskarlaget.

Hur strålen rör sig genom rymden har också överraskat astronomerna. Mätningarna med Alma stämmer väl överens med en stråle som precesserar – den åker utåt med en virvlande rörelse ungefär som vattnet från vattenspridaren i en trädgård.

– Det ovanliga virvlandet hos strålen skulle kunna bero på ett ojämnt flöde av gas mot det svarta hålet i mitten. En annan möjlighet är att galaxens mitt innehåller två supermassiva svarta hål som kretsar runt varandra, säger forskaren Sebastien Muller från Chalmers.

Upptäckten av den märkliga, svala, virvlande strålen från mitten av den här galaxen skulle ha varit omöjligt utan Alma, menar Susanne Aalto.

– Almateleskopets unika förmåga att registrera och mäta upp kall gas håller på att förändra och öka vår förståelse för galaxer och deras centrala svarta hål. I NGC 1377 bevittnar vi ett övergående men mycket viktigt skede i en galax utveckling. Det kommer att hjälpa oss att förstå de supermassiva svarta hålens snabbaste tillväxtfaser, och hur de relaterar till hela livscykeln för galaxerna i universum, avslutar hon.


Bilder

Ladda ner bilderna i högupplöst format från Flickr: https://www.flickr.com/photos/onsala/albums/72157670466962966

1 (överst) Alma:s närbild av mitten av galaxen NGC 1377 avslöjar en virvlande stråle. I den färgkodade bilden (ovan till höger) syns rödaktiga moln av gas som är på väg bort från oss, och blåaktiga moln som är på väg emot oss relativt galaxens mitt. Alma-bilden visar ljus med våglängd kring en millimeter från kolmonoxidmolekyler (CO). I teckningen (nedan till höger) visas hur molnen i strålen rör sig, denna gång sedda från sidan. Bakgrundsbilden har skapats med bilder tagna i synligt ljus vid CTIO:s 1,5-metersteleskop av H. Roussel m. fl (2006) (V-filter), och med ESO:s VLT Survey Telescope [VST] i filtren r och i).
Bild: CTIO/H. Roussel m. fl./ESO (vänsterpanel); ALMA/ESO/NRAO/S. Aalto & F. Costagliola (ovan t. h.); S. Aalto (nedan t. h.)

2. Alma:s närbild av mitten av galaxen NGC 1377 avslöjar en virvlande stråle. I denna färgkodade bild syns rödaktiga moln av gas som är på väg bort från oss, och blåaktiga moln som är på väg emot oss relativt galaxens mitt. Alma-bilden visar ljus med våglängd kring en millimeter från kolmonoxidmolekyler (CO).
Bild: ALMA/ESO/NRAO/S. Aalto & F. Costagliola

3. I denna teckning visas hur de molnen av materia som utgör strålen rör sig utåt från svarta hålet i mitten av galaxen NGC 1377, denna gång sedda från sidan. Röda färger pekar ut moln som rör sig bort ifrån oss, medan blåa färger visar moln som rör sig emot oss, relativt svarta hålet i mitten.
Bild: S. Aalto

4. I mitten av galaxen NGC 1377 har Alma avslöjat en virvlande stråle från ett supermassivt svart hål. Galaxen ligger 70 miljoner ljusår från jorden och syns här bortom stjärnor som ligger i vår egen galax, Vintergatan. Färgbilden har skapats med bilder tagna i synligt ljus vid CTIO:s 1,5-metersteleskop av H. Roussel m. fl (2006) (V-filter; http://adsabs.harvard.edu/abs/2006ApJ...646..841R), och med ESO:s VLT Survey Telescope [VST] i filtren r och i).
Bild: CTIO/H. Roussel m. fl./ESO


Mer om forskningen

Forskningsresultaten presenteras i artikeln A precessing molecular jet signaling an obscured, growing supermassive black hole in NGC 1377?, som publiceras i juninumret 2016 av tidskriften Astronomy and Astrophysics (http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201527664).

Mer om forskningen finns också i en populärvetenskaplig artikel av Susanne Aalto, Kall vind avslöjar det svarta hålets matvanorForskning och framsteg nr 6, 2016.

Forskarlaget består av Susanne Aalto (Chalmers), Francesco Costagliola (Chalmers och ORA-INAF, Italien), Sebastien Muller (Chalmers), K. Sakamoto (Institutet för astronomi och astrofysik. Academia Sinica, Taipei, Taiwan), Jay S. Gallagher (Department of Astronomy, University of Wisconsin-Madison, USA), K. Dasyra (Atens universitet, Grekland), K. Wada (Kagoshimauniversitet, Japan), F. Combes (Parisobservatoriet, Frankrike), S. Garcia-Burillo (Observatorio Astronomico Nacional (OAN)-Observatorio de Madrid, Spanien), L. E. Kristensen (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), S. Martin (ESO, Joint Alma Observatory och IRAM, Frankrike), P. van der Werf (Leidenobservatoriet, Nederländerna), A. S. Evans (University of Virginia och National Radio Astronomy Observatory, USA) samt J. Kotilainen (Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), Åbo universitet, Finland).

Mer om Alma

Radioteleskopet Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) — med dess 66 stora 12-meters- och 7-metersantenner – ligger 5000 meter över havet vid Chajnantor i norra Chile. 

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI). 

Chalmers och Onsala rymdobservatorium har varit med sedan starten och bland annat byggt mottagare till Alma. Vid Onsala rymdobservatorium finns Nordic Alma Regional Centre som tillhandahåller teknisk expertis om Alma och som hjälper nordiska astronomer att använda teleskopet. 

Mer om Onsala rymdobservatorium

Onsala rymdobservatorium är Sveriges nationella anläggning för radioastronomi. Observatoriet förser forskare med utrustning för studier av jorden och resten av universum. I Onsala, 45 km söder om Göteborg, drivs två radioteleskop, en station i teleskopnätverket Lofar, samt utrustning för forskning om jorden och atmosfären. Observatoriet medverkar även i flera internationella projekt. Institutionen för rymd- och geovetenskap på Chalmers tekniska högskola är värd för observatoriet. Verksamheten drivs på uppdrag av Vetenskapsrådet. 

Kontakter

Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, +46 31-772 5500, +46 70-493 31 14, robert.cumming@chalmers.se

Susanne Aalto, professor i radio astronomi, Chalmers, +46 31 772 5506, susanne.aalto@chalmers.se

​​

Publicerad: må 01 aug 2016.