Alma ger unik insyn i ett svart håls matvanor

Astronomer vid Chalmers och Onsala rymdobservatorium har med hjälp av superteleskopet Alma oväntat lyckats få nya bilder av ett glupskt, supertungt svart hål, närmare bestämt avfyringsplatsen för en kraftfull jetstråle.

I mitten av nästan varje galax i universum, inklusive vår egen, Vintergatan, finns ett supertungt svart hål med en massa på upp till flera miljarder gånger solens. För länge sedan var dessa bisarra objekt väldigt aktiva. De svalde enorma mängder material från sin omgivning och lyste med bländande sken. Små mängder av detta material skickade de dessutom ut i form av extremt kraftfulla jetstrålar. Idag, i vår del av universum, är de flesta supertunga svarta hål mycket mindre aktiva än de var i sin ungdom. Men samspelet mellan jetstrålarna och omgivningen spelar fortfarande en nyckelroll i hur dagens galaxer utvecklas.

I en ny studie ledd av astronomen Ivan Martí-Vidal, astronom vid Chalmers och Onsala rymdobservatorium, använder han och forskarlaget sig av Alma för att studera jetstrålarna från ett väldigt avlägset och aktivt svart hål som kallas PKS 1830-211. Studien publiceras idag i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

PKS 1830-211 är ovanligt därför att den intensiva strålningen därifrån passerar genom en tung galax på vägen mot jorden. Passagen delar upp ljuset i två bilder, tack vare en effekt som kallas gravitationslinsning. Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori böjs ljusstrålar av när de passerar ett massivt objekt som en galax. Hålet ligger så långt bort att ljuset därifrån har färdats ungefär 11 miljarder år innan det når oss. Ljuset från PKS 1830-211 skickades ut då universum bara var 20 procent av sin nuvarande ålder.

Med ojämna mellanrum sväljer supertunga svarta hål plötsligt en stor mängd material. Jetstrålens styrka ökar och gör att strålning sänds ut på upp till högsta energinivå. Nu har Alma haft turen att följa en av dessa händelser i realtid i PKS 1830-211.

Den avlägsna aktiva galaxen PKS 1830-211 från Hubble och Alma. Foto: I. Martí-Vidal – Observationerna med Alma av ett svart håls dåliga matvanor skedde helt av en slump. När vi observerade PKS 1830-211 av en annan anledning, såg vi små förändringar i nyans och intensitet i bilderna av gravitationslinsen. Efter att ha tittat noga på det oväntade beteendet drog vi slutsatsen att vi hade haft turen att se på precis när nytt och färskt material kom in i jetstrålen, alldeles intill det svarta hålet, säger Sebastien Muller, medförfattare till artikeln.

Teamet passade på att kontrollera ifall denna våldsamma händelse hade fångats upp av andra teleskop. Överraskande nog hittade de en stark signal i gammastrålning, tack vare observationer med rymdteleskopet Fermi. Samma process som låg bakom ökningen i signalen vid Almas långa våglängder var också ansvarig för att ljuset från jetstrålen blev dramatiskt starkare och avgav gammastrålning. Gammastrålning är den typ av elektromagnetisk strålning som har de kortaste våglängderna och de högsta energierna.

– Det är första gången som man kunnat göra en tydlig koppling mellan gammastrålar och submillimeterstrålning från platsen där ett svart håls jetstråle skjuts ut, säger Sebastien Muller.

Det unika objektet PKS 1830-211 förväntas vara fokus för en mängd framtida undersökningar med Alma och andra teleskop.

– Vi har fortfarande mycket att lära om hur svarta hål kan skapa sina gigantiska energiska jetstrålar av materia och strålning. Men dessa nya observationer, som gjordes redan innan Alma var färdigbyggt, visar att teleskopet är ett unikt och kraftfullt redskap för att studera dessa jetstrålar, säger Ivan Martí-Vidal.

– Upptäckerna har bara börjat!

Foto (av Alma-teleskopet): Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO

Mer om forskningen
Forskningsprojektet presenteras i en artikel “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare”, av I. Martí-Vidal m. fl., i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Teamet består av Ivan Martí-Vidal (Chalmers, Onsala rymdobservatorium, Sverige), Sebastien Muller (Chalmers, Onsala rymdobservatorium), F. Combes (Observatoire de Paris, Frankrike), Susanne Aalto (Chalmers, Onsala rymdobservatorium, Sverige), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Frankrike), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (Iram, Saint Martin d’Hère, France; Ecole Normale Supérieure/Lerma, Paris, Frankrike), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Tyskland; King Abdulaziz University, Jeddah, Saudiarabien), Cathy Horellou (Chalmers, Onsala rymdobservatorium, Sverige), J. M. Marcaide (Universitat de València, Spanien), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam) och M. Zwaan (ESO, Garching, Tyskland).

Mer om ALMA
Alma (Atacama Large Millimeter Array) är en internationell anläggning för astronomi, ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. Bygget och driften av Alma leds för Europas del av Europeiska sydobservatoriet (ESO), för Nordamerikas del av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) och för Ostasiens del av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ). Joint Alma Observatory (JAO) leder organisationen av bygget, samt igångsättningen och driften av Alma.

Alma observerar universum i radiovågor: ljus som är osynligt för våra ögon. Extremt svaga signaler från rymden samlas in av Almas antenner och fokuseras på mottagarna, som i sin tur omvandlar strålningen till elektriska signaler.

För mer information, kontakta:
Robert Cumming, astronom och informatör, Onsala rymdobservatorium vid Chalmers, 031-772 5500, 070-493 31 14, robert.cumming@chalmers.se (svenska)
Ivan Martí-Vidal, astronom, Onsala rymdobservatorium vid Chalmers, 031-772 5557,
e-post: ivan.marti-vidal@chalmers.se (engelska/spanska)