Från kosmiska frön till stora jättar: hur supermassiva svarta hål växer och frodas

StockholmForskare börjar förstå hur supermassiva svarta hål blir så stora. En grupp astronomer från Penn State har undersökt tillväxten av dessa svarta hål under 12 miljarder år. De använde nya röntgenobservationer och datorsimuleringar för att göra detta.

Supermassiva svarta hål finns i galaxernas centrum och är miljontals till miljarder gånger tyngre än solen. Denna studie undersöker hur dessa svarta hål har utvecklats från 1,8 miljarder år efter universums början fram till idag, vilket är 13,8 miljarder år senare.

Här är vad de upptäckte:

• Svarta hål växer genom att dra till sig kall gas från sina värdgalaxer.
• De växer också genom sammanslagningar med andra supermassiva svarta hål vid galaxkollisioner.
• Tillväxt som drivs av ackretion kan spåras med hjälp av röntgendata.
• Sammanslagningar bidrar påtagligt till tillväxten, särskilt under de senaste 5 miljarder åren.

Teamet inkluderar Fan Zou, en doktorand från Penn State och huvudförfattare till artiklarna, tillsammans med forskare från olika institutioner. De analyserade data från:

• NASAs Chandra X-ray Observatory
• Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton
• Max Planck-institutets eROSITA-teleskop

De undersökte tillväxten av svarta hål i över 1,3 miljoner galaxer, däribland mer än 8 000 snabbväxande svarta hål. Det stora antalet prover gav dem möjlighet att dra starka slutsatser.

Studier visar att större galaxer vanligtvis expanderar sina svarta hål snabbare genom att absorbera material. Detta mönster är konsekvent genom alla tidsperioder i universum. Forskare använde superdatorsimuleringar från IllustrisTNG-projektet för att följa denna tillväxt genom galaxsammanslagningar.

Läs också:

Idag · 13:23

Ny forskning: mekaniska krafter styr genuttryck i celler

Deras metod använder verklig data om hur svarta hål ökar i massa och kombinerar det med datormodeller av sammansmältningar av svarta hål. Detta tillvägagångssätt ger den tydligaste förståelsen av hur supermassiva svarta hål växer. Största delen av tillväxten kommer från materia som faller in i det svarta hålet, men sammansmältningar har också varit viktiga, speciellt under senare kosmiska tider.

Forskningen visar att mycket stora svarta hål växte snabbare när universum var yngre. Antalet av dessa svarta hål slutade mestadels öka för 7 miljarder år sedan.

Forskare undersökte det svarta hålet i mitten av Vintergatan, som är 4 miljoner gånger solens massa. Deras resultat tyder på att detta svarta hål växte senare i universums historia.

Forskarteamet består av:

• Zhibo Yu, doktorand vid Penn State
• Hyungsuk Tak, biträdande professor vid Penn State
• Elena Gallo, Michigan universitet
• Bin Luo, Nanjing universitet, Kina
• Qingling Ni, Max Planck-institutet, Tyskland
• Yongquan Xue, universitetet för vetenskap och teknologi i Kina
• Guang Yang, Universitetet i Groningen, Nederländerna

Denna forskning finansierades av amerikanska National Science Foundation, Chandra X-ray Center och Penn State. Resultaten från IllustrisTNG-simuleringen, som delades med det vetenskapliga samfundet, bidrog också till att möjliggöra detta arbete.