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क्या ब्लैक होल बनना बंद या बाधित हो सकता है?

क्या ब्लैक होल बनना बंद या बाधित हो सकता है?


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मेरा सवाल एक काल्पनिक है: अगर मैं न्यूयॉर्क में एक परिवार के घर के आकार का ब्लैक होल बनाऊं, तो क्या इसे रोका जा सकता है, या बाधित किया जा सकता है? अगर इतने आकार का ब्लैक होल बन जाए तो क्या सभी की मौत हो जाएगी?


आपका ब्लैक होल काफी विशाल है। इसका द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान से बहुत अधिक है, (पृथ्वी के द्रव्यमान का लगभग 1000 गुना। और शेष पृथ्वी ब्लैक होल के सापेक्ष बहुत तेज गति से नहीं चल रही है। इसलिए थोड़े समय में सब कुछ ब्लैक होल में गिर जाता है। यह एक काफी ऊर्जावान प्रक्रिया होगी जिसमें बहुत अधिक तीव्रता वाले विकिरण निकलेंगे। लेकिन संक्षेप में "हर कोई मर जाता है" और बहुत जल्दी भी।


नहीं, केवल एक प्रभाव जो ब्लैक होल के गठन को उलट सकता है, वह है हॉकिंग विकिरण। हॉकिंग विकिरण के लिए वास्तव में ब्लैक होल के आकार को कम करने के लिए, BH का तापमान उसके पर्यावरण के तापमान से कम होना चाहिए, क्योंकि अन्यथा यह पर्यावरण की गर्मी से अधिक ऊर्जा को अवशोषित करेगा जितना कि यह विकिरण करेगा, और इस प्रकार बन जाएगा समय के साथ बड़ा होता है, भले ही वह किसी भी सामग्री को अंदर न ले जाए।

एक ब्लैक होल को पृथ्वी के चारों ओर के स्थान की तुलना में ठंडा होने के लिए केवल कुछ माइक्रोमीटर के ब्लैक होल के आकार की आवश्यकता होगी, जो आपके घर के आकार के ब्लैक होल से छोटा होगा (जो कि, पूरी पृथ्वी की तुलना में कई परिमाण में भारी होने वाला है; पृथ्वी, यदि BH में बदल जाती है, तो उसकी त्रिज्या लगभग 3 सेमी या एक इंच होगी)।

इसके अलावा, भले ही आपका ब्लैक होल छोटा हो, यह वाष्पीकरण के दौरान कुछ बहुत तीव्र विकिरण का कारण बनता है, जो हम सभी को मार सकता है - यह वास्तव में आकार पर निर्भर करता है, लेकिन द्रव्यमान में बहुत अधिक ऊर्जा होती है।


खगोलविद सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा निर्मित चुंबकीय रूप से संचालित जेट के रहस्य की व्याख्या करते हैं

यह कंप्यूटर-सिम्युलेटेड छवि एक आकाशगंगा के मूल में एक सुपरमैसिव ब्लैक होल दिखाती है। केंद्र में काला क्षेत्र ब्लैक होल के घटना क्षितिज का प्रतिनिधित्व करता है, जहां कोई भी प्रकाश विशाल वस्तु की गुरुत्वाकर्षण पकड़ से बच नहीं सकता है। ब्लैक होल का शक्तिशाली गुरुत्वाकर्षण एक फ़नहाउस दर्पण की तरह इसके चारों ओर की जगह को विकृत कर देता है। जैसे ही ब्लैक होल द्वारा तारे स्किम करते हैं, पृष्ठभूमि के तारों से प्रकाश फैला और धब्बा होता है। श्रेय: NASA, ESA, और D. Coe, J. एंडरसन, और R. वैन डेर मारेल (STScI)

सबसे बड़ी आकाशगंगाओं के केंद्रों में सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा उत्पन्न शक्तिशाली जेट का अनुकरण बताता है कि क्यों कुछ ब्रह्मांड में दिखाई देने वाले चमकीले बीकन के रूप में फट जाते हैं, जबकि अन्य अलग हो जाते हैं और आकाशगंगा के प्रभामंडल को कभी नहीं छेदते हैं।

सक्रिय नाभिक के साथ सभी आकाशगंगाओं में से लगभग 10 प्रतिशत - सभी को केंद्रीय उभार के भीतर सुपरमैसिव ब्लैक होल माना जाता है - यह देखा गया है कि गैस के जेट कोर से विपरीत दिशाओं में फैल रहे हैं। गर्म आयनित गैस घूर्णन ब्लैक होल के घुमावदार चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा संचालित होती है, जो कि कई अरब सूर्यों के बराबर हो सकती है।

40 साल पुरानी एक पहेली थी कि क्यों कुछ जेट भारी होते हैं और आकाशगंगा से बाहर अंतरिक्ष में पंच करते हैं, जबकि अन्य संकीर्ण होते हैं और अक्सर आकाशगंगा के किनारे तक पहुंचने से पहले बाहर निकल जाते हैं। उत्तर इस बात पर प्रकाश डाल सकता है कि आकाशगंगाएँ और उनके केंद्रीय ब्लैक होल कैसे विकसित होते हैं, क्योंकि निरस्त जेट को आकाशगंगा और धीमी गति से तारे के निर्माण के लिए माना जाता है, जबकि गैस के प्रवाह को भी धीमा कर रहा है जो प्रचंड ब्लैक होल को खिला रहा है। मॉडल खगोलविदों को अन्य प्रकार के जेट को समझने में भी मदद कर सकता है, जैसे कि अलग-अलग सितारों द्वारा उत्पादित, जिन्हें हम गामा-रे फटने या पल्सर के रूप में देखते हैं।

"जबकि सिमुलेशन में स्थिर जेट को पुन: पेश करना आसान था, यह समझाने के लिए एक अत्यधिक चुनौती बन गई कि जेट के अलग होने का कारण क्या है," कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले सैद्धांतिक खगोल भौतिकीविद् अलेक्जेंडर त्चेखोवस्कॉय, नासा आइंस्टीन पोस्टडॉक्टरल फेलो, ने कहा। जिन्होंने परियोजना का नेतृत्व किया। "यह समझाने के लिए कि कुछ जेट अस्थिर क्यों हैं, शोधकर्ताओं को जेट्स के पथ में लाल विशाल सितारों जैसे जेट्स को बहुत अधिक गैस के साथ लोड करना और उन्हें भारी और अस्थिर बनाना ताकि जेट अलग हो जाएं।"

इन जेटों को उत्पन्न करने वाले चुंबकीय क्षेत्रों को ध्यान में रखते हुए, प्रिंसटन विश्वविद्यालय में एक पूर्व लाइमन स्पिट्जर जूनियर पोस्टडॉक्टरल फेलो, त्चेखोव्सकोय और सहयोगी ओमर ब्रोमबर्ग ने पाया कि जेट में चुंबकीय अस्थिरता उनके भाग्य का निर्धारण करती है। यदि जेट आसपास की गैस में घुसने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं है, तो जेट संकीर्ण या ढह जाता है, एक आकृति जो किंकिंग और टूटने की संभावना होती है। जब ऐसा होता है, तो चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से फ़नल की गई गर्म आयनित गैस आकाशगंगा में फैल जाती है, जिससे गैस का एक गर्म बुलबुला फुलाता है जो आमतौर पर आकाशगंगा को गर्म करता है।

आकाशगंगाओं के कोर में सुपरमैसिव ब्लैक होल को घुमाकर उत्पन्न चुंबकीय रूप से संचालित जेट के नए सिमुलेशन दिखाते हैं कि कैसे, पर्याप्त शक्ति के साथ, कॉर्कस्क्रूइंग चुंबकीय क्षेत्र (सफेद स्क्विगल्स) आसपास की गैस के माध्यम से अपना रास्ता बना सकते हैं और आकाशगंगा से बाहर ड्रिल कर सकते हैं, गर्म गैस को प्रसारित कर सकते हैं। अंतरतारकीय माध्यम में। क्रेडिट: अलेक्जेंडर त्चेखोव्सकोय, यूसी बर्कले, और ओमर ब्रोमबर्ग, हिब्रू विश्वविद्यालय द्वारा सिमुलेशन।

शक्तिशाली जेट, हालांकि, व्यापक हैं और आसपास के गैस के माध्यम से अंतरिक्ष माध्यम में पंच करने में सक्षम हैं। निर्धारण कारक जेट की शक्ति हैं और दूरी के साथ गैस घनत्व कितनी जल्दी गिर जाता है, आमतौर पर आकाशगंगा कोर के द्रव्यमान और त्रिज्या पर निर्भर करता है।

सिमुलेशन, जो टिप्पणियों के साथ अच्छी तरह से सहमत है, बताता है कि जेट के फैनरॉफ-रिले मॉर्फोलॉजिकल डाइकोटॉमी के रूप में जाना जाता है, जिसे पहली बार दक्षिण अफ्रीका के बर्नी फैनरॉफ और यूके के जूलिया रिले ने 1 9 74 में बताया था।

"हमने दिखाया है कि जेट की भौतिकी के कारण एक जेट बिना किसी बाहरी परेशानी के अलग हो सकता है," त्चेखोव्सकोय ने कहा। वह और ब्रोमबर्ग, जो इस समय इज़राइल में हिब्रू विश्वविद्यालय जेरूसलम में हैं, 17 जून को जर्नल में अपने सिमुलेशन प्रकाशित करेंगे। रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी की मासिक नोटिस, ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस का प्रकाशन।

इन विशाल आकाशगंगाओं के उभरे हुए केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल छेद के माध्यम से एक धुरी के चारों ओर घूमते हुए जैतून की तरह है, त्चेखोव्सकोय ने कहा। यदि आप चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करने वाले छेद के माध्यम से स्पेगेटी के एक स्ट्रैंड को पिरोते हैं, तो कताई जैतून एक वसंत की तरह स्पेगेटी को तार देगा। कताई, कुंडलित चुंबकीय क्षेत्र एक लचीली ड्रिल की तरह काम करते हैं जो आसपास की गैस को भेदने की कोशिश करती है।

पूरी तरह से आयनित गैस कणों के साथ चुंबकीय क्षेत्र की बातचीत पर आधारित सिमुलेशन से पता चलता है कि यदि जेट आसपास की गैस के माध्यम से छेद करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं है, तो चुंबकीय ड्रिल झुक जाता है और चुंबकीय किंक अस्थिरता के कारण टूट जाता है। इस प्रकार के जेट का एक उदाहरण आकाशगंगा M87 में देखा जा सकता है, जो लगभग 50 मिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी पर पृथ्वी के सबसे निकटतम जेट में से एक है, और इसमें लगभग 6 बिलियन सूर्य के बराबर एक केंद्रीय ब्लैक होल है।

कमजोर जेट आकाशगंगा के अंदर रुक जाते हैं क्योंकि किंक अस्थिरता के कारण चुंबकीय कॉर्कस्क्रू अलग हो जाते हैं। नतीजतन, चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रसारित गर्म आयनित गैस, या प्लाज्मा, एक विस्तारित बुलबुले में फेंक दिया जाता है जो पूरी आकाशगंगा को गर्म करता है। ये रुके हुए जेट ब्लैक होल फीडबैक तंत्र का हिस्सा हो सकते हैं जो समय-समय पर ब्लैक होल को खिलाने वाली गैस के प्रवाह को रोकता है। क्रेडिट: अलेक्जेंडर त्चेखोव्सकोय, यूसी बर्कले, और ओमर ब्रोमबर्ग, हिब्रू विश्वविद्यालय द्वारा सिमुलेशन।

"अगर मैं एक जेट के ऊपर कूदता और उसके साथ उड़ता, तो मैं देखता कि जेट चुंबकीय क्षेत्र में एक किंक अस्थिरता के कारण इधर-उधर घूमना शुरू कर देता है," त्चेखोव्सकोय ने कहा। टिप तक पहुंचने के लिए, तो जेट अलग हो जाएगा। अगर अस्थिरता धीमी गति से बढ़ती है, तो गैस को आधार से जेट की नोक तक जाने में लगता है, तो जेट स्थिर रहेगा। "

पृथ्वी से लगभग ६०० मिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी पर स्थित आकाशगंगा सिग्नस ए में जेट, शक्तिशाली जेट का एक उदाहरण है जो अंतरिक्ष अंतरिक्ष में छिद्र करता है।

Tchekhovskoy का तर्क है कि अस्थिर जेट ब्लैक होल फीडबैक कहलाते हैं, यानी ब्लैक होल के आसपास की सामग्री से प्रतिक्रिया होती है जो गैस के सेवन को धीमा कर देती है और इस प्रकार इसकी वृद्धि होती है। अस्थिर जेट आकाशगंगा के भीतर बहुत सारी ऊर्जा जमा करते हैं जो गैस को गर्म करती है और इसे ब्लैक होल में गिरने से रोकती है। जेट और अन्य प्रक्रियाएं सुपरमैसिव ब्लैक होल के आकार को लगभग 10 बिलियन सौर द्रव्यमान से नीचे रखती हैं, हालांकि यूसी बर्कले खगोलविदों ने हाल ही में 21 बिलियन सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल को पाया है।

संभवत: ये जेट शुरू होते हैं और बंद हो जाते हैं, शायद 10-100 मिलियन वर्षों तक चलते हैं, जैसा कि कुछ आकाशगंगाओं की छवियों से पता चलता है कि एक से अधिक जेट दिखाई दे रहे हैं, उनमें से एक पुराना और फटा हुआ है। जाहिर है, ब्लैक होल द्वि घातुमान चक्रों से गुजरते हैं, जो कभी-कभार अस्थिर जेट द्वारा बाधित होते हैं जो अनिवार्य रूप से उनके भोजन को छीन लेते हैं।

टेनेसी विश्वविद्यालय, नॉक्सविले में नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर कम्प्यूटेशनल साइंसेज में यूसी बर्कले, डार्टर में सैवियो कंप्यूटर पर सिमुलेशन चलाए गए थे, और ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय में टेक्सास एडवांस्ड कंप्यूटिंग सेंटर में स्टैम्पेड, मेवरिक और रेंच कंप्यूटर। पूरे सिमुलेशन में 2,000 कंप्यूटर कोर पर लगभग 500 घंटे लगे, जो एक मानक लैपटॉप पर 1 मिलियन घंटे के बराबर है।

शोधकर्ता गुरुत्वाकर्षण, उछाल और इंटरस्टेलर और इंटरगैलेक्टिक मीडिया के थर्मल दबाव के छोटे प्रभावों को शामिल करने के लिए अपने सिमुलेशन में सुधार कर रहे हैं।


खगोलविदों ने एक दुर्लभ आकाशगंगा को देखा जो तारे के निर्माण को बंद कर रही है

एक ठंडा क्वासर (सचित्र) एक आकाशगंगा है जो स्टार गठन के एक आखिरी गैस के माध्यम से जा रही है क्योंकि इसका केंद्रीय सुपरमैसिव ब्लैक होल जागता है। कुछ सौ मिलियन वर्षों के भीतर, खगोलविदों को लगता है कि ब्लैक होल आकाशगंगा से धूल और गैस को बाहर निकाल देगा, जिससे तारा बनना बंद हो जाएगा।

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20 जनवरी, 2021 सुबह 6:00 बजे

एक दूर की आकाशगंगा को बंद करने की क्रिया में पकड़ा गया है।

CQ 4479 नामक आकाशगंगा अभी भी बहुत सारे नए तारे बना रही है। लेकिन इसके केंद्र में एक सक्रिय रूप से खिलाने वाला सुपरमैसिव ब्लैक होल भी है जो कुछ सौ मिलियन वर्षों के भीतर स्टार गठन को रोक देगा, खगोलविदों ने 11 जनवरी को अमेरिकन एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी की आभासी बैठक में सूचना दी। इस आकाशगंगा और इसके जैसे अन्य लोगों का अध्ययन करने से खगोलविदों को यह पता लगाने में मदद मिलेगी कि इस तरह के शटडाउन कैसे होते हैं।

"आकाशगंगा कैसे ठीक से मरती है यह एक खुला प्रश्न है," लॉरेंस में कान्सास विश्वविद्यालय के खगोल भौतिक विज्ञानी एलिसन किर्कपैट्रिक कहते हैं। "यह हमें उस प्रक्रिया में बहुत अधिक जानकारी दे सकता है।"

खगोलविदों का मानना ​​है कि आकाशगंगाएं आमतौर पर जुनून के साथ नए तारे बनाना शुरू कर देती हैं। तारे ठंडी गैस की जेब से बनते हैं जो अपने गुरुत्वाकर्षण के तहत सिकुड़ते हैं और अपने केंद्रों में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को प्रज्वलित करते हैं। लेकिन कुछ बिंदु पर, कुछ ठंडा तारा बनाने वाले ईंधन को बाधित करता है और इसे आकाशगंगा के मूल में सुपरमैसिव ब्लैक होल की ओर भेजता है। वह ब्लैक होल गैस को सोख लेता है, उसे सफेद-गर्म गर्म करता है। एक सक्रिय रूप से खिला हुआ ब्लैक होल अरबों प्रकाश-वर्ष दूर से देखा जा सकता है और इसे क्वासर के रूप में जाना जाता है। गर्म गैस से विकिरण आकाशगंगा के बाकी हिस्सों में अतिरिक्त ऊर्जा पंप करता है, शेष गैस को उड़ाता या गर्म करता है जब तक कि स्टार बनाने वाली फैक्ट्री अच्छे के लिए बंद न हो जाए (एसएन: 3/5/14).

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वह चित्र उन आकाशगंगाओं के प्रकारों के साथ फिट बैठता है जिन्हें खगोलविद आमतौर पर ब्रह्मांड में देखते हैं: "नीला और नया" स्टार फॉर्मर्स, और "लाल और मृत" निष्क्रिय आकाशगंगाएं। लेकिन आकाश के बड़े सर्वेक्षणों के आंकड़ों की जांच करते समय, किर्कपैट्रिक और उनके सहयोगियों ने एक और प्रकार देखा। टीम को लगभग दो दर्जन आकाशगंगाएँ मिलीं जो सक्रिय रूप से गोबलिंग ब्लैक होल की ऊर्जावान एक्स-रे विशेषता का उत्सर्जन करती हैं, लेकिन कम-ऊर्जा अवरक्त प्रकाश में भी चमकती हैं, जिससे पता चलता है कि आकाशगंगाओं में अभी भी कहीं न कहीं ठंडी गैस है। किर्कपैट्रिक और उनके सहयोगियों ने सितंबर 1 में एक पेपर में इन आकाशगंगाओं को "ठंडा क्वासर" करार दिया। एस्ट्रोफिजिकल जर्नल.

"जब आप एक ब्लैक होल को सक्रिय रूप से एकत्रित सामग्री देखते हैं, तो आप उम्मीद करते हैं कि स्टार गठन पहले ही बंद हो चुका है, " कान्सास विश्वविद्यालय के सह-लेखक और खगोल भौतिकीविद् केविन कुक कहते हैं, जिन्होंने बैठक में शोध प्रस्तुत किया। "लेकिन ठंडे क्वासर एक अजीब समय में होते हैं जब केंद्र में ब्लैक होल अभी खिलाना शुरू हो गया है।"

अलग-अलग ठंडे क्वासरों की अधिक विस्तार से जांच करने के लिए, किर्कपैट्रिक और कुक ने SOFIA का उपयोग किया, एक टेलीस्कोप के साथ तैयार एक हवाई जहाज जो इन्फ्रारेड तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला में देख सकता है कि मूल ठंडे क्वासर अवलोकनों को कवर नहीं किया गया था। SOFIA ने सितंबर 2019 में CQ 4479 को देखा, जो लगभग 5.25 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर एक ठंडा क्वासर है।

अवलोकनों से पता चला कि CQ 4479 में सितारों में सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 20 बिलियन गुना है, और यह प्रति वर्ष लगभग 95 सूर्य जोड़ रहा है। (मिल्की वे की तुलना में यह एक उग्र दर है, हमारी घरेलू आकाशगंगा प्रति वर्ष नए सितारों के दो या तीन सौर द्रव्यमान बनाती है।) CQ 4479 का केंद्रीय ब्लैक होल सूर्य से 24 मिलियन गुना बड़ा है, और यह प्रति वर्ष लगभग 0.3 सौर द्रव्यमान की दर से बढ़ रहा है। साल। किर्कपैट्रिक का कहना है कि उनके कुल द्रव्यमान के प्रतिशत के संदर्भ में, तारे और ब्लैक होल एक ही दर से बढ़ रहे हैं।

कोल्ड क्वासर CQ 4479, इस छवि के केंद्र में नीला फजी बिंदु, स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे द्वारा ली गई छवियों में दिखाया गया है। पास का लाल बिंदु CQ 4479 के साथ परस्पर क्रिया करने वाली एक अन्य आकाशगंगा हो सकता है, या यह असंबंधित हो सकता है। के.सी. कुक और अन्य/arxiv.org 2020, स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे

उस तरह का "लॉकस्टेप इवोल्यूशन" इस सिद्धांत के विपरीत चलता है कि आकाशगंगाएँ कैसे मोम और घटती हैं। किर्कपैट्रिक कहते हैं, "आपके सभी सितारों को पहले बढ़ना चाहिए, और फिर आपका ब्लैक होल बढ़ता है।" "यह [आकाशगंगा] दिखाता है कि एक अवधि है कि वे वास्तव में एक साथ बढ़ते हैं।"

कुक और उनके सहयोगियों ने अनुमान लगाया कि आधा अरब वर्षों में, आकाशगंगा सितारों के 100 अरब सौर द्रव्यमान की मेजबानी करेगी, लेकिन इसका ब्लैक होल निष्क्रिय और शांत होगा। सभी ठंडे तारे बनाने वाली गैस गर्म हो गई होगी या उड़ गई होगी।

मैसाचुसेट्स एमहर्स्ट विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री एलेक्जेंड्रा पोप कहते हैं, सीक्यू 4479 के अवलोकन आकाशगंगाओं की मृत्यु के व्यापक विचारों का समर्थन करते हैं, जो नए काम में शामिल नहीं थे। यह देखते हुए कि आकाशगंगाएँ अंततः अपने तारे के निर्माण को बंद कर देती हैं, यह समझ में आता है कि संक्रमण की अवधि होनी चाहिए। निष्कर्ष "आकाशगंगाओं के विकास में इस महत्वपूर्ण चरण की पुष्टि" हैं, वह कहती हैं। अधिक ठंडे क्वासरों पर करीब से नज़र डालने से खगोलविदों को यह पता लगाने में मदद मिलेगी कि आकाशगंगाएँ कितनी जल्दी मरती हैं।

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इस लेख का एक संस्करण फरवरी १३, २०२१ के अंक में दिखाई देता है विज्ञान समाचार.

उद्धरण

के.सी. कुक और अन्य. प्रकाश का मरना: ठंडे क्वासर और आकाशगंगा के विकास का शटडाउन। अमेरिकन एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी की बैठक, 11 जनवरी, 2021।

0.405. द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल. वॉल्यूम। 903, 10 नवंबर, 2020। डीओआई: 10.3847/1538-4357/एबीबी94ए।

ए. किर्कपैट्रिक और अन्य. एजीएन का अभिवृद्धि इतिहास: ठंडे क्वासरों की एक नई परिभाषित आबादी। द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल. वॉल्यूम 900, 1 सितंबर, 2020। डीओआई: 10.3847/1538-4357/aba358।

लिसा ग्रॉसमैन के बारे में

लिसा ग्रॉसमैन खगोल विज्ञान की लेखिका हैं। उसके पास कॉर्नेल विश्वविद्यालय से खगोल विज्ञान में डिग्री है और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांताक्रूज से विज्ञान लेखन में स्नातक प्रमाणपत्र है। वह बोस्टन के पास रहती है।


सुपरमैसिव ब्लैक होल के चारों ओर 'परफेक्ट स्टॉर्म' शमन स्टार फॉर्मेशन

सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा संचालित उच्च-ऊर्जा जेट एक आकाशगंगा के तारे बनाने वाले ईंधन को नष्ट कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित "लाल और मृत" आकाशगंगाएँ होती हैं: वे प्राचीन लाल सितारों से भरी होती हैं जिनमें अभी तक नए बनाने के लिए बहुत कम या कोई हाइड्रोजन गैस नहीं होती है।

अब अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलिमीटर एरे (एएलएमए) का उपयोग करने वाले खगोलविदों ने पता लगाया है कि स्टार गठन को बंद करने के लिए ब्लैक होल का इतना शक्तिशाली होना जरूरी नहीं है। एनजीसी 1266 के केंद्र में धूल और गैस का अवलोकन करके, अपेक्षाकृत मामूली केंद्रीय ब्लैक होल के साथ पास की लेंटिकुलर आकाशगंगा, खगोलविदों ने अशांति के एक "सही तूफान" का पता लगाया है जो एक ऐसे क्षेत्र में स्टार गठन को कम कर रहा है जो अन्यथा एक आदर्श होगा सितारा कारखाना।

इस अशांति को आकाशगंगा के केंद्रीय ब्लैक होल से जेट द्वारा गैस के अविश्वसनीय रूप से घने लिफाफे में पटक कर उभारा जाता है। यह घना क्षेत्र, जो हाल ही में एक और छोटी आकाशगंगा के साथ विलय का परिणाम हो सकता है, जेट द्वारा संचालित लगभग 98 प्रतिशत सामग्री को गैलेक्टिक केंद्र से बचने से रोकता है।

इन्फ्रारेड प्रोसेसिंग एंड एनालिसिस सेंटर के एक खगोलशास्त्री कैथरीन अलाटालो ने कहा, "एक अचल वस्तु से मिलने वाली एक अजेय बल की तरह, इन जेट में कण इतने प्रतिरोध का सामना करते हैं जब वे आसपास की घनी गैस से टकराते हैं कि वे लगभग पूरी तरह से अपने ट्रैक में रुक जाते हैं।" केंद्र पासाडेना में कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में और एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में प्रकाशित एक पेपर पर प्रमुख लेखक। यह ऊर्जावान टक्कर आसपास की गैस में शक्तिशाली अशांति पैदा करती है, जिससे तारा निर्माण के पहले महत्वपूर्ण चरण में बाधा उत्पन्न होती है। "तो हम जो देखते हैं वह स्टार गठन का अब तक का सबसे तीव्र दमन है," अलाटालो ने कहा।

एनजीसी 1266 के पिछले अवलोकनों से पता चला है कि गैलेक्टिक केंद्र से 400 किलोमीटर प्रति सेकंड तक की यात्रा से गैस का व्यापक बहिर्वाह होता है। अलाटालो और उनके सहयोगियों का अनुमान है कि यह बहिर्वाह उतना ही शक्तिशाली है जितना कि 10,000 सितारों का एक साथ सुपरनोवा विस्फोट। जेट, हालांकि गैस को हिलाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं, लेकिन इतना शक्तिशाली नहीं हैं कि इसे सिस्टम से बचने के लिए आवश्यक वेग दे सकें।

नेशनल रेडियो एस्ट्रोनॉमी ऑब्जर्वेटरी एस्ट्रोनॉमर और सह-लेखक मार्क लेसी ने कहा, "इसे देखने का एक और तरीका यह है कि जेट गैस में अशांति का इंजेक्शन लगा रहे हैं, इसे बसने, ढहने और तारे बनाने से रोक रहे हैं।"

ALMA द्वारा देखे गए क्षेत्र में तारा बनाने वाली गैस में हमारे सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 400 मिलियन गुना है, जो कि हमारे अपने मिल्की वे में विशाल तारा बनाने वाले आणविक बादलों से 100 गुना अधिक है। आम तौर पर, इस केंद्रित गैस को इस आकाशगंगा में खगोलविदों की तुलना में कम से कम 50 गुना तेज गति से सितारों का उत्पादन करना चाहिए।

पहले, खगोलविदों का मानना ​​​​था कि केवल अत्यंत शक्तिशाली क्वासर और रेडियो आकाशगंगाओं में ब्लैक होल होते हैं जो एक स्टार-गठन "चालू / बंद" स्विच के रूप में काम करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते हैं।

लेसी ने कहा, "अतीत में सामान्य धारणा यह रही है कि जेट्स को आकाशगंगा से गैस को पूरी तरह से बाहर निकालने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होने की आवश्यकता होती है ताकि प्रारंभ गठन को रोकने में प्रभावी हो।"

इस खोज को करने के लिए, खगोलविदों ने सबसे पहले आकाशगंगा द्वारा उत्सर्जित होने वाले दूर-अवरक्त प्रकाश के स्थान को इंगित किया। आम तौर पर, यह प्रकाश तारे के निर्माण से जुड़ा होता है और खगोलविदों को उन क्षेत्रों का पता लगाने में सक्षम बनाता है जहां नए तारे बन रहे हैं। एनजीसी 1266 के मामले में, हालांकि, यह प्रकाश आकाशगंगा के केंद्र में एक अत्यंत सीमित क्षेत्र से आ रहा था। अलाटालो ने कहा, "यह बहुत छोटा क्षेत्र इन्फ्रारेड लाइट के स्टार गठन से आने के लिए लगभग बहुत छोटा था।"

ALMA की उत्कृष्ट संवेदनशीलता और संकल्प के साथ, और CARMA (मिलीमीटर-वेव एस्ट्रोनॉमी में अनुसंधान के लिए संयुक्त सरणी) की टिप्पणियों के साथ, खगोलविद तब गांगेय केंद्र में बहुत घने आणविक गैस के स्थान का पता लगाने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि गैस दूर-अवरक्त प्रकाश के इस कॉम्पैक्ट स्रोत के आसपास है।

सामान्य परिस्थितियों में, यह घनी गैस बहुत अधिक दर से तारे बना रही होगी। इस गैस के भीतर जमी धूल को तब युवा सितारों द्वारा गर्म किया जाएगा और इन्फ्रारेड प्रकाश के उज्ज्वल और विस्तारित स्रोत के रूप में देखा जाएगा। इस आकाशगंगा में इन्फ्रारेड स्रोत के छोटे आकार और बेहोशी से पता चलता है कि NGC 1266 इसके बजाय अपने स्वयं के ईंधन का दम घोंट रहा है, ऐसा प्रतीत होता है कि यह स्टार निर्माण के नियमों की अवहेलना कर रहा है।

खगोलविद यह भी अनुमान लगाते हैं कि इस क्षेत्र में काम पर एक प्रतिक्रिया तंत्र है। आखिरकार, ब्लैक होल शांत हो जाएगा और अशांति कम हो जाएगी ताकि स्टार-निर्माण नए सिरे से शुरू हो सके। हालांकि, इस नए सिरे से तारे के निर्माण के साथ, घनी गैस में अधिक गति आती है, जो फिर ब्लैक होल पर गिरती है और जेट को फिर से स्थापित करती है, जिससे एक बार फिर से तारा बनना बंद हो जाता है।

एनजीसी 1266 नक्षत्र एरिडानस में लगभग 100 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित है। लेटिकुलर आकाशगंगाएं हमारी अपनी आकाशगंगा की तरह सर्पिल आकाशगंगाएं हैं, लेकिन उनके पास नए तारे बनाने के लिए बहुत कम अंतरतारकीय गैस उपलब्ध है।


'परफेक्ट स्टॉर्म' दूर के ब्लैक होल के आसपास सितारों का उत्पादन रोक रहा है

सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा संचालित उच्च-ऊर्जा जेट एक आकाशगंगा के तारे बनाने वाले ईंधन को नष्ट कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित "लाल और मृत" आकाशगंगाएँ हो सकती हैं: वे प्राचीन लाल सितारों से भरी हुई हैं जिनमें अभी तक नए बनाने के लिए बहुत कम या कोई हाइड्रोजन गैस नहीं है।

अब खगोलविद अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर एरे का उपयोग कर रहे हैं (अल्मा) ने पाया है कि स्टार गठन को बंद करने के लिए ब्लैक होल का इतना शक्तिशाली होना जरूरी नहीं है। एनजीसी 1266 के केंद्र में धूल और गैस का अवलोकन करके, अपेक्षाकृत मामूली केंद्रीय ब्लैक होल के साथ पास की लेंटिकुलर आकाशगंगा, खगोलविदों ने अशांति के एक "सही तूफान" का पता लगाया है जो एक ऐसे क्षेत्र में स्टार गठन को कम कर रहा है जो अन्यथा एक आदर्श होगा सितारा कारखाना।

इस अशांति को आकाशगंगा के केंद्रीय ब्लैक होल से जेट द्वारा गैस के अविश्वसनीय रूप से घने लिफाफे में पटक कर उभारा जाता है। यह घना क्षेत्र, जो हाल ही में एक और छोटी आकाशगंगा के साथ विलय का परिणाम हो सकता है, जेट द्वारा संचालित लगभग 98 प्रतिशत सामग्री को गैलेक्टिक केंद्र से बचने से रोकता है।

इन्फ्रारेड प्रोसेसिंग एंड एनालिसिस सेंटर के एक खगोलशास्त्री कैथरीन अलाटालो ने कहा, "एक अचल वस्तु से मिलने वाली एक अजेय बल की तरह, इन जेट में कण इतने प्रतिरोध का सामना करते हैं जब वे आसपास की घनी गैस से टकराते हैं कि वे लगभग पूरी तरह से अपने ट्रैक में रुक जाते हैं।" केंद्र पासाडेना में कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में और एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में प्रकाशित एक पेपर पर प्रमुख लेखक। यह ऊर्जावान टक्कर आसपास की गैस में शक्तिशाली अशांति पैदा करती है, जिससे तारा निर्माण के पहले महत्वपूर्ण चरण में बाधा उत्पन्न होती है। "तो हम जो देखते हैं वह स्टार गठन का अब तक का सबसे तीव्र दमन है," अलाटालो ने कहा।

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एनजीसी 1266 के पिछले अवलोकनों से पता चला है कि गैलेक्टिक केंद्र से 400 किलोमीटर प्रति सेकंड तक की यात्रा से गैस का व्यापक बहिर्वाह होता है। अलाटालो और उनके सहयोगियों का अनुमान है कि यह बहिर्वाह उतना ही शक्तिशाली है जितना कि 10,000 सितारों का एक साथ सुपरनोवा विस्फोट। जेट, हालांकि गैस को हिलाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं, लेकिन इतना शक्तिशाली नहीं हैं कि इसे सिस्टम से बचने के लिए आवश्यक वेग दे सकें।

नेशनल रेडियो एस्ट्रोनॉमी ऑब्जर्वेटरी एस्ट्रोनॉमर और सह-लेखक मार्क लेसी ने कहा, "इसे देखने का एक और तरीका यह है कि जेट गैस में अशांति को इंजेक्ट कर रहे हैं, इसे बसने, ढहने और तारे बनाने से रोक रहे हैं।"

ALMA द्वारा देखे गए क्षेत्र में तारा बनाने वाली गैस में हमारे सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 400 मिलियन गुना है, जो कि हमारे अपने मिल्की वे में विशाल तारा बनाने वाले आणविक बादलों में पाए जाने से 100 गुना अधिक है। आम तौर पर, इस केंद्रित गैस को इस आकाशगंगा में खगोलविदों की तुलना में कम से कम 50 गुना तेज गति से सितारों का उत्पादन करना चाहिए।

पहले, खगोलविदों का मानना ​​​​था कि केवल अत्यंत शक्तिशाली क्वासर और रेडियो आकाशगंगाओं में ब्लैक होल होते हैं जो एक स्टार-फॉर्मिंग "ऑन / ऑफ" स्विच के रूप में काम करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते हैं।

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लेसी ने कहा, "अतीत में सामान्य धारणा यह रही है कि जेट्स को आकाशगंगा से गैस को पूरी तरह से बाहर निकालने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होने की आवश्यकता होती है ताकि प्रारंभ गठन को रोकने में प्रभावी हो।"

इस खोज को करने के लिए, खगोलविदों ने सबसे पहले आकाशगंगा द्वारा उत्सर्जित होने वाले दूर-अवरक्त प्रकाश के स्थान को इंगित किया। आम तौर पर, यह प्रकाश तारे के निर्माण से जुड़ा होता है और खगोलविदों को उन क्षेत्रों का पता लगाने में सक्षम बनाता है जहां नए तारे बन रहे हैं। एनजीसी 1266 के मामले में, हालांकि, यह प्रकाश आकाशगंगा के केंद्र में एक अत्यंत सीमित क्षेत्र से आ रहा था। अलाटालो ने कहा, "यह बहुत छोटा क्षेत्र इन्फ्रारेड लाइट के स्टार गठन से आने के लिए लगभग बहुत छोटा था।"

ALMA की उत्कृष्ट संवेदनशीलता और संकल्प के साथ, और CARMA (मिलीमीटर-वेव एस्ट्रोनॉमी में अनुसंधान के लिए संयुक्त सरणी) की टिप्पणियों के साथ, खगोलविद तब गांगेय केंद्र में बहुत घने आणविक गैस के स्थान का पता लगाने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि गैस दूर-अवरक्त प्रकाश के इस कॉम्पैक्ट स्रोत के आसपास है।

सामान्य परिस्थितियों में, यह सघन गैस बहुत उच्च दर पर तारे बनाती होगी। इस गैस के भीतर जमी धूल को तब युवा सितारों द्वारा गर्म किया जाएगा और इन्फ्रारेड प्रकाश के उज्ज्वल और विस्तारित स्रोत के रूप में देखा जाएगा। इस आकाशगंगा में इन्फ्रारेड स्रोत के छोटे आकार और बेहोशी से पता चलता है कि NGC 1266 इसके बजाय अपने स्वयं के ईंधन का दम घोंट रहा है, ऐसा प्रतीत होता है कि यह स्टार निर्माण के नियमों की अवहेलना कर रहा है।

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खगोलविद यह भी अनुमान लगाते हैं कि इस क्षेत्र में काम पर एक प्रतिक्रिया तंत्र है। आखिरकार, ब्लैक होल शांत हो जाएगा और अशांति कम हो जाएगी ताकि तारा बनना फिर से शुरू हो सके। हालांकि, इस नए सिरे से तारे के निर्माण के साथ, घनी गैस में अधिक गति आती है, जो फिर ब्लैक होल पर गिरती है और जेट को फिर से स्थापित करती है, जिससे एक बार फिर से तारा बनना बंद हो जाता है।

एनजीसी 1266 नक्षत्र एरिडानस में लगभग 100 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित है। लेंटिकुलर आकाशगंगाएं हमारी अपनी आकाशगंगा की तरह सर्पिल आकाशगंगाएं हैं, लेकिन उनके पास नए तारे बनाने के लिए बहुत कम अंतरतारकीय गैस उपलब्ध है।

सूचना: यह राष्ट्रीय रेडियो खगोल विज्ञान वेधशाला (NRAO) की एक प्रेस विज्ञप्ति है।

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ब्लैक होल कैसे बढ़ते हैं, इस पर सबसे दूर के क्वासर ने शेड लाइट की खोज की

खगोलविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने ब्रह्मांड में सबसे दूर के क्वासर की खोज की है, जो बिग बैंग के लगभग 670 मिलियन वर्ष बाद पूरी तरह से बना है। इसके केंद्र में एक सुपरमैसिव ब्लैक होल है जो सूर्य से 1.6 बिलियन अधिक विशाल है, जो एक घूमता हुआ, अत्यधिक गरम अभिवृद्धि डिस्क से घिरा हुआ है। यह वस्तु अपनी तरह की पहली वस्तु है जो प्रकाश की गति के पांचवें हिस्से पर ब्लैक होल के आसपास से निकलने वाली सुपर-हीटेड गैस की बहिर्वाह हवा का प्रमाण दिखाती है। नोयरलैब/एनएसएफ/ऑरा/जे. डा सिल्वा

एरिज़ोना विश्वविद्यालय के नेतृत्व में खगोलविदों की एक टीम ने पृथ्वी से 13.03 बिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी पर एक चमकदार क्वासर का अवलोकन किया है - जो अब तक खोजा गया सबसे दूर का क्वासर है। बिग बैंग के 670 मिलियन वर्ष बाद, जब ब्रह्मांड अपनी वर्तमान आयु का केवल 5% था, क्वासर 1.6 बिलियन सूर्यों के संयुक्त द्रव्यमान के बराबर एक सुपरमैसिव ब्लैक होल की मेजबानी करता है।

सबसे दूर होने के अलावा - और विस्तार से, जल्द से जल्द - क्वासर ज्ञात, वस्तु अपनी तरह की पहली है, जो ब्लैक होल के आसपास से पांचवे भाग पर निकलने वाली सुपर-हीटेड गैस की बहिर्वाह हवा का सबूत दिखाती है। प्रकाश की गति। एक मजबूत क्वासर-चालित हवा को प्रकट करने के अलावा, नए अवलोकन मेजबान आकाशगंगा में तीव्र तारा निर्माण गतिविधि भी दिखाते हैं जहां क्वासर, औपचारिक रूप से नामित J0313-1806 स्थित है।

शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्ष प्रस्तुत किए, जिन्हें एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स में प्रकाशन के लिए प्रस्तुत किया गया है, एक प्रेस कॉन्फ्रेंस के दौरान और अमेरिकन एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी की 237 वीं बैठक में लगभग 11-15 जनवरी को आयोजित एक वैज्ञानिक वार्ता के दौरान।

शिशु ब्रह्मांड में क्वासरों के बीच पिछला रिकॉर्ड धारक तीन साल पहले खोजा गया था। UArizona टीम ने भी उस खोज में योगदान दिया। ऐसा माना जाता है कि क्वासर सुपरमैसिव ब्लैक होल के आसपास के पदार्थ, जैसे कि गैस या यहां तक ​​​​कि पूरे सितारों को टटोलने के परिणामस्वरूप होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सुपरहिट मैटर का एक माइलस्ट्रॉम होता है जिसे एक अभिवृद्धि डिस्क के रूप में जाना जाता है जो ब्लैक होल के चारों ओर घूमता है। शामिल विशाल ऊर्जाओं के कारण, क्वासर ब्रह्मांड के सबसे चमकीले स्रोतों में से हैं, जो अक्सर अपनी मेजबान आकाशगंगाओं को मात देते हैं।

हालांकि J0313-1806 पिछले रिकॉर्ड धारक की तुलना में केवल 20 मिलियन प्रकाश-वर्ष दूर है, नए क्वासर में एक सुपरमैसिव ब्लैक होल है जो दोगुना भारी है। यह ब्रह्मांड विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतीक है, क्योंकि यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में ब्लैक होल के निर्माण पर अभी तक का सबसे मजबूत अवरोध प्रदान करता है।

पेपर के प्रमुख लेखक ने कहा, "यह इस बात का सबसे पहला सबूत है कि कैसे एक सुपरमैसिव ब्लैक होल अपनी मेजबान आकाशगंगा को प्रभावित कर रहा है।" फीगे वांग, यूएरिजोना के स्टीवर्ड वेधशाला में हबल फेलो। "कम दूर की आकाशगंगाओं के अवलोकन से, हम जानते हैं कि ऐसा होना है, लेकिन हमने इसे ब्रह्मांड में इतनी जल्दी कभी नहीं देखा है।"

क्वासर जो पहले से ही लाखों, यदि अरबों नहीं, तो अपने ब्लैक होल में सौर द्रव्यमान जमा कर चुके थे, जब ब्रह्मांड बहुत छोटा था, वैज्ञानिकों को यह समझाने की कोशिश कर रहा था कि वे कैसे अस्तित्व में आए जब उनके पास ऐसा करने का समय नहीं था। ब्लैक होल के गठन की एक सामान्य रूप से स्वीकृत व्याख्या में एक तारा अपने जीवन के अंत में एक सुपरनोवा के रूप में विस्फोट करना और एक ब्लैक होल में गिरना शामिल है। जब ऐसे ब्लैक होल समय के साथ विलीन हो जाते हैं, तो वे - सैद्धांतिक रूप से - सुपरमैसिव ब्लैक होल में विकसित हो सकते हैं। हालांकि, जैसे कि हर साल एक डॉलर में छिल कर एक सेवानिवृत्ति निधि बनाने के लिए कई जीवनकाल की आवश्यकता होती है, प्रारंभिक ब्रह्मांड में क्वासर बच्चा करोड़पति की तरह थोड़ा सा होते हैं, उन्होंने अन्य माध्यमों से अपना द्रव्यमान हासिल कर लिया होगा।

नया खोजा गया क्वासर दो मौजूदा मॉडलों को खारिज करके एक नया बेंचमार्क प्रदान करता है कि इतने कम समय में सुपरमैसिव ब्लैक होल कैसे बनते हैं। पहले मॉडल में, बड़े पैमाने पर तारे जिनमें बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन होता है और अधिकांश अन्य तत्वों की कमी होती है, जो धातु सहित बाद के तारे बनाते हैं, एक युवा आकाशगंगा में तारों की पहली पीढ़ी बनाते हैं और नवजात ब्लैक होल के लिए भोजन प्रदान करते हैं। दूसरे मॉडल में घने तारा समूह शामिल हैं, जो शुरू से ही एक विशाल ब्लैक होल में ढह जाते हैं।

क्वासर जे०३१३-१८०६, हालांकि, एक ब्लैक होल को इतना बड़ा समेटे हुए है कि इसे पूर्वोक्त परिदृश्यों द्वारा समझाया जा सकता है, जिस टीम ने इसे खोजा था। टीम ने गणना की कि यदि इसके केंद्र में ब्लैक होल बिग बैंग के 100 मिलियन वर्ष बाद बनता है और जितनी जल्दी हो सके बढ़ता है, तब भी इसे शुरू करने के लिए कम से कम 10,000 सौर द्रव्यमान होने चाहिए।

"यह आपको बताता है कि आप जो भी करते हैं, इस ब्लैक होल का बीज एक अलग तंत्र द्वारा गठित होना चाहिए," सह-लेखक ने कहा ज़िआओहुई फैन, रीजेंट प्रोफेसर और यूएरिजोना खगोल विज्ञान विभाग के सहयोगी प्रमुख। "इस मामले में, एक जिसमें बड़ी मात्रा में प्राइमर्डियल, ठंडी हाइड्रोजन गैस सीधे एक बीज ब्लैक होल में गिरती है।"

चूंकि इस तंत्र को कच्चे माल के रूप में पूर्ण सितारों की आवश्यकता नहीं होती है, यह एकमात्र ऐसा है जो ब्रह्मांड में इतने शुरुआती समय में क्वासर J0313-1806 के सुपरमैसिव ब्लैक होल को 1.6 बिलियन सौर द्रव्यमान तक बढ़ने की अनुमति देगा। यह वही है जो नया रिकॉर्ड क्वासर इतना मूल्यवान बनाता है, फैन ने समझाया।

"एक बार जब आप निचले रेडशिफ्ट में जाते हैं, तो सभी मॉडल उन कम दूर और कम बड़े क्वासर के अस्तित्व की व्याख्या कर सकते हैं," फैन ने कहा। रेडशिफ्ट उस घटना को संदर्भित करता है जिसमें ब्रह्मांड के चल रहे विस्तार के कारण दूर की वस्तुओं से प्रकाश निकट स्रोतों से प्रकाश की तुलना में अधिक लाल दिखाई देता है।

"ब्लैक होल के आकार में बढ़ने के लिए हम J0313-1806 के साथ देखते हैं, इसे कम से कम 10,000 सौर द्रव्यमान के बीज ब्लैक होल के साथ शुरू करना होगा, और यह केवल प्रत्यक्ष पतन परिदृश्य में ही संभव होगा ," फैन ने कहा।

The newly discovered quasar appears to offer a rare glimpse into the life of a galaxy at the dawn of the universe when many of the galaxy-shaping processes that have since slowed or ceased in galaxies that have been around for much longer were still in full swing.

According to current models of galaxy evolution, supermassive black holes growing at their centers could be the main reason why galaxies ultimately stop making new stars. Acting like a blowtorch of cosmic proportions, quasars blast their surroundings fiercely, effectively sweeping their host galaxy clean of much of the cold gas that serves as the raw material from which stars form.

"We think those supermassive black holes were the reason why many of the big galaxies stopped forming stars at some point," Fan said. "We observe this 'quenching' at lower redshifts, but until now, we didn't know how early this process began in the history of the universe. This quasar is the earliest evidence that quenching may have been happening at very early times."

By measuring the quasar's luminosity, Wang's team calculated that the supermassive black hole at its center is ingesting the mass equivalent of 25 suns each year, on average, which is thought to be the main reason for its high-velocity hot plasma wind blowing into the galaxy around it at relativistic speed. For comparison, the black hole at the center of the Milky Way has become mostly dormant.

And while the Milky Way forms stars at the leisurely pace of about one solar mass each year, J0313-1806 churns out 200 solar masses in the same time period.

"This is a relatively high star formation rate, similar to that observed in other quasars of similar age, and it tells us the host galaxy is growing very fast," Wang said.

"These quasars presumably are still in the process of building their supermassive black holes" Fan added. "Over time, the quasar's outflow heats and pushes all the gas out of the galaxy, and then the black hole has nothing left to eat anymore and will stop growing. This is evidence about how these earliest massive galaxies and their quasars grow."

The researchers expect to find a few more quasars from the same time period, including potential new record breakers, said Jinyi Yang, the second author of the report, who is a Peter A. Strittmatter Fellow at the Steward Observatory. Yang and Fan were observing at the 6.5-meter Magellan Baade telescope at the Las Campanas Observatory in Chile the night J0313-1806 was discovered.

"Our quasar survey covers a very wide field, allowing us to scan almost half of the sky," Yang said. "We have selected more candidates on which we will follow up with more detailed observations."

The researchers hope to uncover more about the quasar's secrets with future observations, especially with NASA's James Webb Space Telescope, currently slated for launch in 2021.

"With ground-based telescopes, we can only see a point source," Wang said. "Future observations could make it possible to resolve the quasar in more detail, show the structure of its outflow and how far the wind extends into its galaxy, and that would give us a much better idea of its evolutionary stage."

In addition to the 6.5-meter Magellan Baade telescope, the following instruments were involved in this study: The Gemini North Telescope and the W. M. Keck Observatory – both on Maunakea, Hawaii – and the Gemini South Telescope, Víctor M. Blanco 4-meter Telescope at Cerro Tololo Inter-American Observatory, and ALMA, the Atacama Large Millimeter Array, all located in Chile's Atacama Desert. Data from the Blanco Telescope, taken as part of the DESI Legacy Imaging Surveys, helped to first identify J0313-1806, while Gemini South observations were used to confirm its identity as a quasar.

The research team also includes astronomer Richard Green and doctoral student Minghao Yue, both at Steward Observatory. The research was funded by NASA, the National Science Foundation, the European Research Council and the National Science Foundation of China.

The Magellan Telescopes are managed by a collaboration of universities from the United States including the University of Arizona. The Gemini Observatory and Cerro Tololo Inter-American Observatory are operated by NSF's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, or NOIRLab.

The astronomical community is honored to have the opportunity to conduct astronomical research on Iolkam Du’ag (Kitt Peak) in Arizona, on Maunakea in Hawaii, and on Cerro Tololo and Cerro Pachón in Chile. We recognize and acknowledge the very significant cultural role and reverence that these sites have to the Tohono O'odham Nation, to the Native Hawaiian community and to the local communities in Chile, respectively.


How black hole jets break out of their galaxies

New simulations of the magnetically powered jets produced by rotating supermassive black holes in the cores of galaxies show how, with enough power, the corkscrewing magnetic fields (white squiggles) can force their way through surrounding gas and drill out of the galaxy, channeling hot gas into the interstellar medium. Image credit: Simulations by Alexander Tchekhovskoy, UC Berkeley, and Omer Bromberg, Hebrew University. A simulation of the powerful jets generated by supermassive black holes at the centres of the largest galaxies explains why some burst forth as bright beacons visible across the universe, while others fall apart and never pierce the halo of the galaxy.

About 10 percent of all galaxies with active nuclei &mdash all presumed to have supermassive black holes within the central bulge &mdash are observed to have jets of gas spurting in opposite directions from the core. The hot ionised gas is propelled by the twisting magnetic fields of the rotating black hole, which can be as large as several billion suns.

A 40-year-old puzzle was why some jets are hefty and punch out of the galaxy into intergalactic space, while others are narrow and often fizzle out before reaching the edge of the galaxy. The answer could shed light on how galaxies and their central black holes evolve, since aborted jets are thought to roil the galaxy and slow star formation, while also slowing the infall of gas that has been feeding the voracious black hole. The model could also help astronomers understand other types of jets, such as those produced by individual stars and we see as gamma-ray bursts or pulsars.

“Whereas it was rather easy to reproduce the stable jets in simulations, it turned out to be an extreme challenge to explain what causes the jets to fall apart,” said University of California, Berkeley theoretical astrophysicist Alexander Tchekhovskoy, a NASA Einstein postdoctoral fellow who led the project. “To explain why some jets are unstable, researchers had to resort to explanations such as red giant stars in the jets’ path loading the jets with too much gas and making them heavy and unstable so that the jets fall apart.”

By taking into account the magnetic fields that generate these jets, Tchekhovskoy and colleague Omer Bromberg, a former Lyman Spitzer Jr. postdoctoral fellow at Princeton University, discovered that magnetic instabilities in the jet determine their fate. If the jet is not powerful enough to penetrate the surrounding gas, the jet becomes narrow and collimated, a shape prone to kinking and breaking. When this happens, the hot ionised gas funnelled through the magnetic field spews into the galaxy, inflating a hot bubble of gas that generally heats up the galaxy.

Powerful jets, however, are broader and able to punch through the surrounding gas into the intergalactic medium. The determining factors are the power of the jet and how quickly the gas density drops off with distance, typically dependent on the mass and radius of the galaxy core.

The simulation, which agrees well with observations, explains what has become known as the Fanaroff-Riley morphological dichotomy of jets, first pointed out by Bernie Fanaroff of South Africa and Julia Riley of the U.K. in 1974.

“We have shown that a jet can fall apart without any external perturbation, just because of the physics of the jet,” Tchekhovskoy said. He and Bromberg, who currently is at the Hebrew University of Jerusalem in Israel, will published their simulations on 17 June in the journal Monthly Notices of The Royal Astronomical Society, a publication of Oxford University Press.


New simulations of the jets produced by rotating supermassive black holes in the cores of galaxies show how, with enough power, the corkscrewing fields (white squiggles) can force their way through surrounding gas and drill out of the galaxy, channeling hot gas into the interstellar medium (top). Less powerful jets get stalled inside the galaxy, however, their magnetic fields breaking and dumping hot gas inside and heating up the galaxy. These stalled jets may be part of the black hole feedback mechanism that periodically halts the inflow of gas that feeds the black hole. Simulations by Alexander Tchekhovskoy, a NASA Einstein postdoctoral fellow at UC Berkeley, and Omer Bromberg, a former Lyman Spitzer Jr. postdoctoral fellow at Princeton University who is now at Hebrew University in Jerusalem.

Bendable drills
The supermassive black hole in the bulging centre of these massive galaxies is like a pitted olive spinning around an axle through the hole, Tchekhovskoy said. If you thread a strand of spaghetti through the hole, representing a magnetic field, then the spinning olive will coil the spaghetti like a spring. The spinning, coiled magnetic fields act like a flexible drill trying to penetrate the surrounding gas.

The simulation, based solely on magnetic field interactions with ionised gas particles, shows that if the jet is not powerful enough to punch a hole through the surrounding gas, the magnetic drill bends and, due to the magnetic kink instability, breaks. An example of this type of jet can be seen in the galaxy M87, one of the closest such jets to Earth at a distance of about 50 million light years, and has a central black hole equal to about 6 billion suns.

“If I were to jump on top of a jet and fly with it, I would see the jet start to wiggle around because of a kink instability in the magnetic field,” he said. “If this wiggling grows faster than it takes the gas to reach the tip, then the jet will fall apart. If the instability grows slower than it takes for gas to go from the base to the tip of the jet, then the jet will stay stable.”

The jet in the galaxy Cygnus A, located about 600 million light years from Earth, is an example of powerful jets punching through into intergalactic space.

Tchekhovskoy argues that the unstable jets contribute to what is called black hole feedback, that is, a reaction from the material around the black hole that tends to slow its intake of gas and thus its growth. Unstable jets deposit a lot of energy within the galaxy that heats up the gas and prevents it from falling into the black hole. Jets and other processes effectively keep the sizes of supermassive black holes below about 10 billion solar masses, though UC Berkeley astronomers recently found black holes with masses near 21 billion solar masses.

Presumably these jets start and stop, lasting perhaps 10-100 million years, as suggested by images of some galaxies showing more than one jet, one of them old and tattered. Evidently, black holes go through binging cycles, interrupted in part by the occasional unstable jet that essentially takes away its food.

The simulations were run on the Savio computer at UC Berkeley, Darter at the National Institute for Computational Sciences at the University of Tennessee, Knoxville, and Stampede, Maverick and Ranch computers at the Texas Advanced Computing Center at the University of Texas at Austin. The entire simulation took about 500 hours on 2,000 computer cores, the equivalent of 1 million hours on a standard laptop.


An ancient galaxy grew massive — then oddly stopped making stars

A gargantuan galaxy in the early universe that grew quickly and then just stopped forming stars might, in its star-making phase, have once resembled the massive dusty galaxy illustrated here. Such a reservoir of dust and gas may have helped fuel rapid star formation.

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February 11, 2020 at 8:00 am

Even galaxies burn out if they work too hard.

A galactic monster in the early universe quit forming stars after ferociously churning them out for hundreds of millions of years, researchers report. Why it slacked off is unclear, but the answer might teach astronomers a thing or two about how the earliest galaxies grew and evolved into the stellar metropolises that surround us today.

The light from this galaxy, designated XMM-2599, took nearly 12 billion years to reach Earth. So astronomers see the galaxy as it was just 1.8 billion years after the Big Bang. By that time, the galaxy had bulked up to a mass of about 300 billion suns, new observations show, making it three times as massive as similar known galaxies from that epoch.

The galaxy appears to have gotten so hefty by cranking out stars at a rate of over 1,000 solar masses per year for several hundred million years. But then, the star making suddenly stopped, astronomer Benjamin Forrest at the University of California, Riverside and colleagues report in the Feb. 10 एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स. By comparison, the Milky Way produces a paltry two to three stars per year.

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“This paper is telling us that star formation can be very, very efficient in the early universe and equally efficiently be quenched,” says Mauro Giavalisco, an astronomer at the University of Massachusetts Amherst who was not involved with this study.

Galaxies make stars for as long as they have a supply of cold gas — the Milky Way has been at it for nearly the entire 13.8-billion-year history of the universe. The only ways to shut down the star-forming factories are to prevent cold gas from raining down on the galaxy or to physically remove the gas that’s already there, says Giavalisco. “Theory doesn’t quite fully explain how to stop so quickly and efficiently star formation in a galaxy which, only a little bit earlier, was forming stars with prodigious efficiency.”

Other prolific star-forming galaxies were known to exist in the early universe (SN: 8/7/19), including a few that also had retired. But none is as massive as XMM-2599, Forrest says. Computer simulations of this early epoch don’t produce similarly gargantuan deadbeats, so XMM-2599 is an enigma.

A supermassive black hole in the center of the galaxy may be to blame. Such a black hole would likely have attracted a superheated whirlpool of cosmic detritus, which blazed with light that energized gas around the galaxy (SN: 12/5/18), preventing it from coalescing into clumps needed to birth new stars.

Alternatively, the stars themselves may have been their own undoing. Lots of star formation eventually leads to lots of supernovas, Giavalisco says, which could have ejected gas on a galactic scale.

“We don’t have any confirmation for a reason, mostly because it happened in the past, and there’s only so many clues we can pick up,” Forrest says. By scanning the skies for similarly quiet monsters, researchers could “confirm whether this thing is just a one-off weird galaxy … or if it’s part of a larger population,” he says.

As for what becomes of such a galaxy, that’s hard to say. But Forrest and Giavalisco speculate that, over time, its gravity may attract other galaxies, possibly making XMM-2599 and its ilk the seeds around which galactic clusters grow.

Questions or comments on this article? E-mail us at [email protected]

A version of this article appears in the March 14, 2020 issue of Science News.


What causes galaxies to stop forming stars?

The physical processes responsible for the sudden termination of star formation in massive galaxies have not been clarified yet. Our study reveals that collisions between galaxies can eject large quantities of cold gas from galaxies through tidal tails and rapidly quench star formation.

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It was January 2018, I just moved to Paris to start my first post-doc in Emanuele Daddi’s group at CEA-Saclay. I was inspecting the spectra of 100 star-forming galaxies obtained with the Atacama Large Millimetre Array (ALMA) interferometer. By analysing such a large sample of galaxies, I wanted to study the properties of the molecular gas in distant galaxies. This is traced by the emission of the carbon monoxide (CO).

The spectrum of galaxy ID2299 caught my attention since it displayed an excess of emission near the very prominent emission from the galaxy (Figure 1). I thought: “Uh! This is interesting”. I showed the spectrum to Emanuele. “Yes, let’s keep a note about this object”. And we moved on. Many other things were piling up, as usual, and I stopped thinking about that galaxy for a while.

One year went by and I finally started to analyse the spectrum of this galaxy. To my surprise, the flux of the broad component (red line in Figure 1) was about half of the flux measured in the narrow line associated to the galaxy (blue line in Figure 1). The gas in the broad component was moving fast, reaching up to 600 km/s in the reference frame of the galaxy. This suggested that the gas was being ejected from the galaxy. We realised that ID2299 was a special object from which we could have learned important information on how galaxies evolve. In our study, published in Nature Astronomy, we show that this ejection will cause the galaxy to stop forming stars in a few million years, that is

100x time faster than the typical duration of star formation episodes in galaxies.

Figure 1 Carbon monoxide (CO(2-1)) spectrum of ID2299 from ALMA. The CO(2-1) emission traces the molecular gas in galaxies, which is the fuel for forming new stars. The narrow component represents the emission associated to the galaxy. The broad emission is associated to the ejected gas.

Understanding the cause of this massive ejection was a crucial part of the puzzle. Broad components are fairly common in the spectra of distant galaxies and are typically associated to galactic winds. These winds can be produced either by the accretion of gas onto a supermassive black holes or intense star formation episodes. ID2299 is hosting an active black hole and is forming stars at a very high rate. However, the numbers didn’t just add up. Nor the active black hole nor the burst of star formation were powerful enough to produce the ejection. Furthermore, if this would have been a galactic wind, the physical properties of the expelled gas should have been more extreme than what we observed.

Numerical simulations of galaxy mergers were crucial to solve the puzzle. By comparing the observations with simulations, we concluded that the ejection was a tidal tail produced by the merger with another galaxy. Tidal tails are elongated streams of stars and gas extending into the interstellar space as a result of tidal forces developing through the interaction (Figure 2). It is difficult to identify tidal tails in the distant Universe because of their low luminosity. We were lucky to observe this ejection during the initial phase of the launching.

Figure 2 Gas distribution in an interacting galaxy after approximately half-a-billion years since the beginning of the merger from numerical simulations. The lighter the colour in the image, the denser the gas. At this stage the former galaxies have merged in a single system. Most of the gas is concentrated in the centre forming stars at a very efficient rate. Part of the gas is ejected from the galaxy in a tidal tail. This is similar to what observed in ID2299.

Credits: J. Fensch et al. 2017, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 465, Issue 2, p.1934-1949

The discovery of the ejection in ID2299 gives us important indications on how galaxies die. Future observations with ALMA at higher resolution will allow us to better understand the dynamics of the ejected gas.


The morality and methods of feeding a black hole

This is less a physical question than a moral one. Should we feed a black hole? If we do, will it ever learn to feed and fend for itself independently? Will it ever truly be able to return to the wild, or will it ever after be chained to the yoke of domestic comfort?

My uncle found a black hole once in the woods, and he used to feed it tinned peaches. Two summers later he released it into the wild, and after only two days it was found in the canned goods aisle of a local supermarket.

If we ever want black holes to stand on their own four legs, we need to st-

ओह। Wait. My editor’s just told me I’m getting black holes and wolf pups confused again. My apologies, obviously there’s no moral question of whether or not we feed a black hole, because whatever we try we haven’t a hope of doing anything to stop it gobbling up matter.

In retrospect, very different… (Image credits: Mike Boylan and Ute Kraus)

That said, it’s easy to overestimate how much power the black hole itself has to sate its appetites. It’s all too easy to imagine it as a cosmic vacuum, the plughole in the swirling vortex of the bath-tub of existence, ravenously and inexorably stripping the surrounding galaxy bare with unimaginable force.

But that’s not really true: the only force it has at its disposal is the same as the one that stopped you getting water sprayed in your face when you brushed your teeth this morning (and if you haven’t yet, you really should, look at the time!), by which of course I mean gravity.

Exactly the same forces cause the earth to careen about round the sun (and the sun to wobble back and forth in sympathy) as help black holes gobble and grow their way to the gargantuan proportions that we see at the center of galaxies, including ours. A black hole the same mass as our sun would behave almost exactly like the sun, and if someone swapped them tomorrow (I’m looking at you, North Korea) we’d barely even notice, our orbit would be exactly the same and we’d only slightly freeze to death in minutes.

Black holes are formed when the remnant of a massive star, under gravitational forces so strong that no other known force can stop them, collapses down to tiny proportions. What remains is an object so heavy and compact that, in some small region around them, even light cannot escape it’s gravitational tug (hence the “black” bit the whole “hole” thing is just to sound dramatic).

But an object the mass of a star can only collapse to be an object, at most, the mass of a star, even if that star is hundreds of times the mass of the sun. So how come the universe is dotted with black holes many billion times the mass of the sun, and even more perplexingly, why is it that once they get this heavy, they seem to stop growing? Looking far away into the distant universe, we see black holes this heavy lurking in the center of massive galaxies, and in the nearby universe, we see, well, almost exactly the same thing. What causes something that grows so massive so quickly in the early universe to just, well, stop growing? What the hell, nature? What. द. Hell?

Well, the first bit is easy, just as you were once a twinkle in your mother’s eye, and slightly later, two gametes in your parent’s genitalia, you grew into the upstanding citizen you are today by eating. Black holes eat too occasionally they cannibalize each other when massive galaxies merge, but mostly they just get by on a healthy diet of good wholesome gas.

They eat stars too, but not very quickly. You see, just as the earth could keep orbiting a black hole the size of the sun, stars can happily cavort around a super-massive black hole for a long, long time. There’s just not much that can slow them down. Gravity holds the stars in orbit around the black hole, but no matter how many times they go around, they’re barely losing any energy and it can take an age for them to get perceptibly closer. Imagine if your food just kept circling around you tantalizingly for a few billion years…

Gas, on the other hand, is a big mess of individual particles and molecules, and as it orbits around they collide and skitter off each other, losing energy each time, slowing their orbits and sinking closer and closer to the gaping maw of the black hole.

Artists impression of stars orbiting, and gas falling into, Sagittarius A, the super-massive black hole at the centre of our galaxy. Image credit: ESO

So this paper proposes a reason for why black holes seem to slow their growth just when they’re really starting to get huge. In order for these colossi to grow much further, they would have to suck in a gas at a rate equivalent to a thousand suns a year. But when you start getting quite this much gas collapsing down to such a small volume, things start to get a little hot and close. I won’t go into the fetid details (which frankly is surprising given the gametes comment), but pretty quickly stars start being born out of the inflowing material, which instead of being devoured by the black hole can pootle off on their own orbits, taking hugely longer to mosey their way down to the black hole and slowing its growth to a trickle.

Combine this with great outflows of energy belched out of the black hole as the incoming matter swirls around it in a tight, hot disk, blowing surrounding gas away and cutting off the food source, and you have one very sad, fat, old black hole, desperately harking back to the old days when it could gobble its own weight in moments (or at least millions of years).

Rate at which gas is accreted (solid lines) and stars formed (dashed) at a certain radius in an accretion disk, for black holes of pretty high (red), really high (blue) and silly high (black) mass. For each at some inner radius the rate at which mass is gained drops to some small constant value, too slow to grow the black hole much past a few billion stellar masses.



टिप्पणियाँ:

  1. Cha'akmongwi

    मुझे क्षमा करें, लेकिन मेरी राय में, आप गलत हैं। मुझे यकीन है। मैं इस पर चर्चा करने का प्रस्ताव करता हूं।

  2. Keefer

    मुझे इस स्थिति के बारे में पता है। हम चर्चा करेंगे।

  3. Lorimar

    यह आपको जाना जाता है, उसने कहा ...

  4. Gavin

    निष्पक्ष जानकारी है

  5. Boarte

    मुझे लगता है कि आप सही नहीं हैं। मुझे यकीन है। हम इस पर चर्चा करेंगे।

  6. Codie

    मुझे खेद है, कि मैं आपको बाधित करता हूं, मैं भी राय व्यक्त करना चाहता हूं।



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