Starving Black Hole Returns Brilliant Galaxy to the Shadows
 |
| This image from the MUSE instrument on ESO’s Very Large Telescope shows the active galaxy Markarian 1018, which has a supermassive black hole at its core. The faint loops of light around the galaxy are a result of its interaction and merger with another galaxy in the recent past. Credit: ESO/CARS survey |
The mystery of a rare change in the behaviour of a supermassive black hole at the centre of a distant galaxy has been solved by an international team of astronomers using ESO’s Very Large Telescope along with the NASA/ESA Hubble Space Telescope and NASA’s Chandra X-ray Observatory. It seems that the black hole has fallen on hard times and is no longer being fed enough fuel to make its surroundings shine.
Many galaxies are found to have an extremely bright core powered by a supermassive black hole. These cores make “active galaxies” some of the brightest objects in the Universe. They are thought to shine so brightly because hot material is glowing fiercely as it falls into the black hole, a process known as accretion. This brilliant light can vary hugely between different active galaxies, so astronomers classify them into several types based on the properties of the light they emit. The brightest of the active galaxies are quasars, where the brilliant nucleus outshines the rest of the galaxy.
Some of these galaxies have been observed to change dramatically over the course of only 10 years; a blink of an eye in astronomical terms. However, the active galaxy in this new study, Markarian 1018 stands out by having changed type a second time, reverting back to its initial classification within the last five years. A handful of galaxies have been observed to make this full-cycle change, but never before has one been studied in such detail.
The discovery of Markarian 1018’s fickle nature was a chance by-product of the Close AGN Reference Survey (CARS), a collaborative project between ESO and other organisations to gather information on 40 nearby galaxies with active cores. Routine observations of Markarian 1018 with the Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) installed on ESO’s Very Large Telescope revealed the surprising change in the light output of the galaxy.
“We were stunned to see such a rare and dramatic change in Markarian 1018”, said Rebecca McElroy, lead author of the discovery paper and a PhD student at the University of Sydney and the ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics (CAASTRO).
 |
| Location of the faint active galaxy Markarian 1018 marked with a red circle within the constellation of Cetus (The Sea Monster). Credit: ESO/IAU and Sky & Telescope |
The chance observation of the galaxy so soon after it began to fade was an unexpected opportunity to learn what makes these galaxies tick, as Bernd Husemann, CARS project leader and lead author of one of two papers associated with the discovery, explained: “We were lucky that we detected the event just 3-4 years after the decline started so we could begin monitoring campaigns to study details of the accretion physics of active galaxies that cannot be studied otherwise.”
The research team made the most of this opportunity, making it their first priority to pinpoint the process causing Markarian 1018’s brightness to change so wildly. This could have been caused by any one of a number of astrophysical events, but they could rule out the black hole pulling in and consuming a single star, such a tidal disruption event occurs when a star strays too close to a supermassive black hole and is torn apart by the extreme gravitational tidal force, and so cast doubt on the possibility of obscuration by intervening gas. But the true mechanism responsible for Markarian 1018’s surprising variation remained a mystery after the first round of observations.
However, the team were able to gather extra data after they were awarded observing time to use the NASA/ESA Hubble Space Telescope, and NASA’s Chandra X-ray Observatory. With the new data from this suite of instruments they were able to solve the mystery — the black hole was slowly fading because it was being starved of accretion material.
“It’s possible that this starvation is because the inflow of fuel is being disrupted”, said Rebecca McElroy. “An intriguing possibility is that this could be due to interactions with a second supermassive black hole”. Such a black hole binary system is a distinct possibility in Markarian 1018, as the galaxy is the product of a major merger of two galaxies — each of which likely contained a supermassive black hole in its centre.
Research continues into the mechanisms at work in active galaxies such as Markarian 1018 that change their appearance. “The team had to work fast to determine what was causing Markarian 1018’s return to the shadows,” comments Bernd Husemann. “Ongoing monitoring campaigns with ESO telescopes and other facilities will allow us to explore the exciting world of starving black holes and changing active galaxies in more detail.”
Sources: ESO, Wikipedia
--------------------------------------------------------------------------------
Un hambriento agujero negro devuelve a una galaxia a la oscuridad
 |
| This wide-field image shows the sky around the faint active galaxy Markarian 1018. The picture was assembled from images forming part of the Digitized Sky Survey 2. The galaxy itself is at the centre of the picture and faint evidence of its recent merger can be seen in the form of tails and loops. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin |
Un equipo internacional de astrónomos ha resuelto el misterio relacionado con un extraño cambio en el comportamiento de un agujero negro supermasivo situado en el centro de una galaxia distante. Lo han logrado utilizando datos obtenidos con el VLT (Very Large Telescope) de ESO, el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Parece que el agujero negro está viviendo tiempos difíciles y no se alimenta con el suficiente combustible como para hacer brillar a la galaxia.
Al parecer, muchas galaxias cuentan con un núcleo extremadamente brillante alimentado por un agujero negro supermasivo. Estos núcleos generan "galaxias activas", unos de los objetos más brillantes del universo. Se cree que brillan con tanta intensidad porque el material caliente refulge a medida que cae en el agujero negro, un proceso conocido como acreción. Esta luz brillante puede variar enormemente entre diferentes galaxias activas, por lo que los astrónomos las clasifican en varios tipos basándose en las propiedades de la luz que emiten. Las más brillantes de las galaxias activas son los quásares, donde el núcleo brillante eclipsa al resto de la galaxia.
Se ha observado que algunas de estas galaxias cambian drásticamente en el transcurso de tan solo 10 años: un abrir y cerrar de ojos en términos astronómicos. Sin embargo, la galaxia activa de este nuevo estudio, Markarian 1018, destaca por haber cambiado una segunda vez, volviendo a su clasificación inicial en los últimos cinco años. Ya antes se habían estudiado un puñado de galaxias que realizaban el cambio de ciclo completo, pero nunca se había podido estudiar con tanto detalle.
El descubrimiento de la naturaleza voluble de Markarian 1018 fue un subproducto del sondeo CARS (Close AGN Reference Survey), un proyecto de colaboración entre ESO y otras organizaciones para reunir información sobre 40 galaxias cercanas con núcleos activos. Observaciones rutinarias de Markarian 1018 llevadas a cabo con el instrumento MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer), instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, revelaron el sorprendente cambio en la emisión de luz de la galaxia.
"Nos sorprendimos al ver un cambio tan drástico y tan poco común en Markarian 1018", afirma Rebecca McElroy, autora principal del artículo donde se plasma el descubrimiento y estudiante de doctorado en la Universidad de Sydney y en el centro de investigación CAASTRO (ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics).
Poder observar la galaxia justo tras haber empezado a desvanecerse fue una oportunidad inesperada para aprender lo que hace que estas galaxias se apaguen, tal y como declara Bernd Husemann, responsable del proyecto CARS y autor principal de uno de los dos artículos científicos relacionados con el descubrimiento: "Tuvimos la suerte de detectar el evento sólo 3 o 4 años después de que comenzara la decadencia, de manera que pudimos poner en marcha campañas de seguimiento con el fin de estudiar detalles de la física de la acreción de galaxias activas que, de otra forma, no pueden estudiarse".
El equipo de investigación aprovechó al máximo esta oportunidad, haciendo que su prioridad fuera describir en detalle el proceso que hace que Markarian 1018 cambie su brillo de manera tan violenta. El origen podría estar en varios eventos astrofísicos, pero se podía descartar la opción de un agujero negro absorbiendo y consumiendo una sola estrella, y que este evento de la interrupción de marea se produce cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo y es destruida por la fuerza de marea gravitacional extrema, así que pone en duda la posibilidad de oscurecimiento debido a gas intermedio. Pero, tras la primera ronda de observaciones, el verdadero mecanismo responsable de la sorprendente variación de Markarian 1018 seguía siendo un misterio.
Sin embargo, el equipo obtuvo datos adicionales después de haber conseguido tiempo de observación con el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Con los nuevos datos de este conjunto de instrumentos fueron capaces de resolver el misterio: el agujero negro se desvanecía lentamente porque estaba siendo privado de material para su acreción.
"Es posible que esta inanición se deba a que se interrumpe el flujo de combustible", afirma Rebecca McElroy. "Una posibilidad intrigante es que esto podría deberse a las interacciones con un segundo agujero negro supermasivo". Esta opción (que se trate de un agujero negro binario) es bastante plausible para Markarian 1018, ya que la galaxia es el producto de una importante fusión de dos galaxias que, probablemente, contenían, cada una, un agujero negro supermasivo en su centro.
La investigación continúa estudiando los mecanismos que entran en acción en galaxias activas que, como Markarian 1018, cambian su apariencia. "El equipo tuvo que trabajar muy rápido para determinar qué estaba causando que Markarian 1018 volviera a la oscuridad", comenta Bernd Husemann. "Se están llevando a cabo campañas de monitorización con telescopios ESO y otras instalaciones que nos permitirá explorar con más detalle el emocionante mundo de los agujeros negros hambrientos y de las galaxias activas cambiantes".
Fuentes: ESO, Wikipedia
