Från ett pressmeddelande från NASA:
En ny studie från NASA:s Chandra X-ray Observatory berättar för forskare hur ofta de största svarta hålen har varit aktiva under de senaste miljarderna åren. Denna upptäckt klargör hur supermassiva svarta hål växer och kan få konsekvenser för hur det gigantiska svarta hålet i mitten av Vintergatan kommer att bete sig i framtiden.
De flesta galaxer, inklusive vår egen, tros innehålla supermassiva svarta hål i sina centra, med massor som sträcker sig från miljoner till miljarder gånger solens massa. Av skäl som inte helt förstås har astronomer funnit att dessa svarta hål uppvisar en mängd olika aktivitetsnivåer: från vilande till bara slö till praktiskt taget hyper.
De mest livliga supermassiva svarta hålen producerar vad som kallas 'aktiva galaktiska kärnor', eller AGN, genom att dra in stora mängder gas. Denna gas värms upp när den faller in och lyser starkt i röntgenljus.
'Vi har funnit att endast omkring en procent av galaxer med massor som liknar Vintergatan innehåller supermassiva svarta hål i sin mest aktiva fas', säger Daryl Haggard vid University of Washington i Seattle, WA och Northwestern University i Evanston, IL , som ledde studien. 'Att försöka ta reda på hur många av dessa svarta hål som är aktiva när som helst är viktigt för att förstå hur svarta hål växer inom galaxer och hur denna tillväxt påverkas av deras miljö.'
Denna studie involverar en undersökning som kallas Chandra Multiwavelength Project, eller ChaMP, som täcker 30 kvadratgrader på himlen, det största himmelområdet av någon Chandra-undersökning hittills. Genom att kombinera Chandras röntgenbilder med optiska bilder från Sloan Digital Sky Survey analyserades cirka 100 000 galaxer. Av dessa var cirka 1 600 röntgenljus, vilket signalerade möjlig AGN-aktivitet.
Endast galaxer utanför 1,6 miljarder ljusår från jorden kunde meningsfullt jämföras med Vintergatan, även om galaxer så långt bort som 6,3 miljarder ljusår också studerades. Primärt isolerade eller 'fält'-galaxer inkluderades, inte galaxer i kluster eller grupper.
'Detta är den första direkta bestämningen av andelen fältgalaxer i det lokala universum som innehåller aktiva supermassiva svarta hål', säger medförfattaren Paul Green vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, MA. 'Vi vill veta hur ofta dessa gigantiska svarta hål blossar upp, eftersom det är då de går igenom en stor tillväxtspurt.'
Ett viktigt mål för astronomer är att förstå hur AGN-aktivitet har påverkat tillväxten av galaxer. En slående korrelation mellan massan av de jättelika svarta hålen och massan av de centrala regionerna i deras värdgalax tyder på att tillväxten av supermassiva svarta hål och deras värdgalaxer är starkt kopplade. Att bestämma AGN-fraktionen i det lokala universum är avgörande för att hjälpa till att modellera denna parallella tillväxt.
Ett resultat från denna studie är att andelen galaxer som innehåller AGN beror på galaxens massa. De mest massiva galaxerna är de mest sannolika att vara värda för AGN, medan galaxer som bara är ungefär en tiondel så massiva som Vintergatan har ungefär tio gånger mindre chans att innehålla en AGN.
Ett annat resultat är att en gradvis minskning av AGN-fraktionen ses med kosmisk tid sedan Big Bang, vilket bekräftar arbete utfört av andra. Detta innebär att antingen bränsletillförseln eller bränslemekanismen för de svarta hålen förändras med tiden.
Studien har också viktiga konsekvenser för att förstå hur grannskapen av galaxer påverkar tillväxten av deras svarta hål, eftersom AGN-fraktionen för fältgalaxer visade sig vara omöjlig att skilja från den för galaxer i täta kluster.
'Det verkar som att riktigt aktiva svarta hål är sällsynta men inte asociala,' sa Haggard. 'Detta har varit en överraskning för vissa, men kan ge viktiga ledtrådar om hur miljön påverkar tillväxten av svarta hål.'
Det är möjligt att AGN-fraktionen har utvecklats med kosmisk tid i både kluster och i fält, men i olika takt. Om AGN-fraktionen i kluster började högre än för fältgalaxer - som vissa resultat har antytt - men sedan minskade snabbare, skulle vid någon tidpunkt klusterfraktionen vara ungefär lika med fältfraktionen. Detta kan förklara vad som ses i det lokala universum.
Vintergatan innehåller ett supermassivt svart hål känt som Skytten A* (Sgr A*, förkortat). Även om astronomer har sett en del aktivitet från Sgr A* med Chandra och andra teleskop under åren, har den varit på en mycket låg nivå. Om Vintergatan följer trenderna i ChaMP-undersökningen, borde Sgr A* vara ungefär en miljard gånger ljusare i röntgenstrålar under ungefär 1 % av solens återstående livstid. Sådan verksamhet har sannolikt varit mycket vanligare i det avlägsna förflutna.
Om Sgr A* blev en AGN skulle det inte vara ett hot mot livet här på jorden, men det skulle ge en spektakulär show på röntgen- och radiovåglängder. Men alla planeter som är mycket närmare centrum av galaxen, eller direkt i skottlinjen, skulle få stora och potentiellt skadliga mängder strålning.
Dessa resultat publicerades i numret av den 10 november av Astrophysical Journal. Andra medförfattare på tidningen var Scott Anderson från University of Washington, Anca Constantin från James Madison University, Tom Aldcroft och Dong-Woo Kim från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och Wayne Barkhouse från University of North Dakota.