Ett aktivt supermassivt svart hål är ett av kosmos största underverk. Det täta, osynliga föremålet, vars massa kan vara miljarder gånger vår sols massa, är omgivet av en enorm virvlande skiva och en torus av materia som brinner av ljus när den spiralerar in i mitten av det svarta hålet. Men hur stora blir dessa strukturer?
För första gången har entydig detektering av nära-infrarött ljus avslöjat utkanten av en massiv ackretionsskiva som omger ett supermassivt svart hål hundratals miljoner gånger solens massa i en galax kallad III Zw 002, belägen 1,17 miljarder ljusår bort.
Dessa upptäckter, ledda av astronomen Denimara Díaz dos Santos från National Institute for Space Research i Brasilien, avslöjade en ackretionsskiva cirka 52 ljusdagar från det svarta hålet. Denna mätning kommer att ge en bättre förståelse för hur gigantiska svarta hål drivs.
Saken kring ett svart hål är svår att rekonstruera. Trots deras storlek och ljusstyrkan hos deras omgivande material betyder avståndet mellan oss och deras galax att de fortfarande är för små för att urskilja mycket detaljer. Eftersom det inte går att avbilda materia direkt, analyseras ljus som fångas från den omgivande galaxen för specifika signaturer som indikerar närvaron av en ackretionsskiva.
Ett av dessa tecken är den så kallade dubbeltoppen i strålningsspektrumet. Detta sker som ett resultat av rotation. Emission är det ljus som sänds ut när en exciterad atom förlorar energi, denna energi manifesterar sig i form av ett sken, vars våglängd beror på atomens element. Föreställ dig nu ackretionsskivan runt det svarta hålet som en skiva på en skivspelare. En del av skivan rör sig mot dig, den andra delen rör sig bort från dig. Den del av skivan som rör sig mot oss trycker på ljuset så att våglängderna förkortas, medan den del som rör sig bort från oss sträcker ut dem. Detta innebär att strålningen från ett visst element uppträder vid två våglängder, vilket skapar en dubbeltopp i spektrumet.
Dubbla toppar runt supermassiva svarta hål har detekterats tidigare, men de tidigare upptäckterna kom från en punkt relativt nära det svarta hålet, känd som smallinjeområdet. Detta ger inte mycket information om den fulla omfattningen av ackretionsskivan.
Díaz dos Santos och hans kollegor hittade två dubbla toppar – och båda var inte från den smala linjeregionen, utan mycket längre bort från det svarta hålet, i den så kallade breda linjeregionen av accretionskivan. Detta är den första detekteringen av dubbla toppar i området med breda linjer och den första detekteringen av dubbla toppar med ett nära-infrarött instrument. "Att hitta sådana dubbeltoppade profiler för första gången sätter snäva begränsningar för geometrin i en region som inte annars kan bestämmas", säger astrofysikern Alberto Rodríguez-Ardila från National Astrophysical Laboratory i Brasilien. "Och nu har vi tydliga bevis på matningsprocessen och den inre strukturen hos en aktiv galax."
Den första dubbeltoppen, från den inre delen av bredlinjeområdet, tillhörde väte. Simuleringarna tyder på att det var 16,77 ljusdagar borta från det svarta hålet. Det andra detekterade syret var från utkanten av regionen, cirka 18,86 ljusdagar från det svarta hålet. Simuleringarna tyder också på att området med breda linjer sträcker sig till en radie på 52,43 ljusdagar från det svarta hålet. Detta är 9,078 astronomiska enheter. Som jämförelse är Pluto 40 AU från solen.
Det verkar enormt, och det är det för oss, men det stämmer överens med försök att mäta storleken på ackretionsskivor med hjälp av ekon av ljus som studsar från den inre kanten av torus, en storlek som forskarna kallar "kompakt" i sin uppsats. Teamet kommer att fortsätta att observera galaxen för att se om dess nuvarande beteende matchar deras förutsägelser.
Läs också: