Forskere trænger ind i mysteriet med rasende sorte hul-bjælker

De er naturens helt egne Death Star-stråler - ultrakraftige stråler af energi, der skyder ud fra nærheden af ​​sorte huller som dødelige stråler fra Star Wars-supervåbnet.

Nu er et team af videnskabsmænd ledet af University of Southampton rykket et skridt tættere på at forstå disse mystiske kosmiske fænomener - kendt som relativistiske jetfly - ved at måle, hvor hurtigt de 'tænder' og begynder at lyse klart, når de er opsendt.

Hvordan disse jetfly dannes er stadig et puslespil. En teori antyder, at de udvikler sig inden for 'tilvækstskiven' - stoffet suget ind i kredsløbet om et voksende sort hul. Ekstrem tyngdekraft i skiven vrider og strækker magnetiske felter, klemme varm, magnetiseret skivemateriale kaldet plasma, indtil det bryder ud i form af modsat rettede magnetiske søjler langs det sorte huls rotationsakse.

Plasma bevæger sig langs disse fokuserede jetfly og opnår en enorm hastighed, skyder på tværs af store strækninger af rummet. På et tidspunkt, plasmaet begynder at skinne klart, men hvordan og hvor dette sker i jetflyet er blevet diskuteret af videnskabsmænd.

I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i Natur astronomi , et internationalt hold af videnskabsmænd ledet af Dr. Poshak Gandhi viser, hvordan de brugte præcise multi-bølgelængdeobservationer af et binært system kaldet V404 Cygni - bestående af en stjerne og et sort hul, der kredser tæt om hinanden, med det sorte hul, der føder stof fra stjernen, der falder gennem skiven - for at kaste lys over dette heftigt omdiskuterede fænomen.

V404 Cygni er placeret omkring 7, 800 lysår væk i stjernebilledet Cygnus, og vejer lige så meget som omkring ni af vores sole tilsammen. Dr. Gandhi og hans samarbejdspartnere fangede dataene i juni 2015, da V404 Cygni blev observeret udstråle et af de lyseste 'udbrud' af lys fra et sort hul nogensinde set - lysstærk nok til at være synlig for små teleskoper brugt af amatørastronomer, og energisk nok til at rive en jordlignende planet fra hinanden, hvis den er korrekt fokuseret.

Ved at bruge teleskoper på Jorden og i rummet og observere på nøjagtig samme tid, de fangede en forsinkelse på 0,1 sekund mellem røntgenudbrud udsendt fra nær det sorte hul, hvor strålen dannes, og udseendet af synligt lys blinker, markerer det øjeblik, hvor accelereret jetplasma begynder at skinne.

Denne "blink of an eye"-forsinkelse blev beregnet til at repræsentere en maksimal afstand på 19, 000 miles (30, 000 km), umuligt at løse på afstand af V404 med noget nuværende teleskop.

Dr Gandhi, fra University of Southampton, sagde:"Forskere har observeret jetfly i årtier, men er langt fra at forstå, hvordan naturen skaber disse overvældende enorme og energiske strukturer.

"Nu, for første gang, vi har fanget tidsforsinkelsen mellem fremkomsten af ​​røntgenstråler og fremkomsten af ​​optisk lys i et sort hul med stjernemasse i det øjeblik jetplasma aktiveres. Dette afhjælper kontroversen om oprindelsen af ​​de optiske blitz, og giver os også en kritisk afstand, over hvilken jetplasma må være blevet kraftigt accelereret til hastigheder, der nærmer sig lysets."

I Star Wars termer, nøglemålingen af ​​denne undersøgelse kan groft sammenlignes med at måle afstanden mellem overfladen af ​​Dødsstjernen, hvor flere lysstråler skyder ud, og det punkt, hvor de konvergerer til en enkelt lys stråle.

"Men fysikken i sorte huls jetfly har intet at gøre med lasere eller de fiktive Kyber-krystaller, der driver Dødsstjernen. Naturen har fundet andre måder at drive jetfly på, " sagde Dr. Gandhi. "Tyngekraft og magnetiske felter spiller nøglerollerne her, og det er den mekanisme, vi forsøger at optrevle."

Undersøgelsen skaber også en forbindelse mellem V404 Cygni og supermassive sorte huller, som ligger i centrum af massive galakser, og som vejer milliarder af gange mere end sorte huller med stjernemasse. Lignende jetfysik kan gælde for alle sorte huller.

Dr. Gandhi sagde:"Dette er en spændende og vigtig opdagelse, som kan føres tilbage til teorien om relativistiske jetfly, og bidrager til vores stadigt voksende forståelse af sorte huller."

røntgenstråling, som repræsenterer tilvækstskiven, der 'føder' strålen ved dens base, blev fanget fra jordens kredsløb af NASAs NuSTAR-teleskop, mens det øjeblik, hvor strålen blev synlig, da optisk lys blev fanget af ULTRACAM højhastighedskameraet, monteret på William Herschel-teleskopet på La Palma, på De Kanariske Øer.

Professor Vik Dhillon, fra University of Sheffield, hovedefterforskeren bag ULTRACAM, kommenterede:"Denne opdagelse blev gjort mulig takket være vores kamera, der indsamlede 28 billeder i sekundet. Det demonstrerer det uudnyttede potentiale ved at studere astrofysiske fænomener ved høje hastigheder."

På samme tid, radiobølger fra de udvidede dele af jetplasmaet blev observeret af et hold af professor Rob Fender, fra University of Oxford, ved hjælp af AMI-LA radioteleskopet, i Cambridge, Storbritannien.

Professor Fender sagde:"Disse observationer er endnu et vigtigt skridt i retning af at forstå præcis, hvordan relativistiske jetfly dannes af sorte huller. Radiodetekteringer kommer fra den ydre jetstråle og er den entydige nøgleindikator for igangværende jetaktivitet. Den optiske, Røntgen og radio var også afgørende for den opdagelse."