MAXI J1820+070:Sort hul-udbrud fanget på video

Astronomer har fanget et sort hul, der kaster varmt materiale ud i rummet tæt på lysets hastighed. Denne opblussen blev fanget i en ny film fra NASAs Chandra X-ray Observatory.

Det sorte hul og dets ledsagerstjerne udgør et system kaldet MAXI J1820+070, placeret i vores galakse omkring 10, 000 lysår fra Jorden. Det sorte hul i MAXI J1820+070 har en masse omkring otte gange solens, identificerer det som et såkaldt stjerne-masse sort hul, dannet ved ødelæggelsen af ​​en massiv stjerne. (Dette er i modsætning til supermassive sorte huller, der indeholder millioner eller milliarder af gange solens masse.)

Ledsagestjernen, der kredser om det sorte hul, har omkring halvdelen af ​​solens masse. Det sorte huls stærke tyngdekraft trækker materiale væk fra ledsagerstjernen ind i en røntgenstråleudsendende skive, der omgiver det sorte hul.

Mens noget af den varme gas i disken vil krydse "begivenhedshorisonten" (point of no return) og falde ned i det sorte hul, noget af det bliver i stedet sprængt væk fra det sorte hul i et par korte bjælker af materiale, eller jetfly. Disse jetfly peger i modsatte retninger, lanceret uden for begivenhedshorisonten langs magnetiske feltlinjer. De nye optagelser af dette sorte huls adfærd er baseret på fire observationer opnået med Chandra i november 2018 og februar, Kan, og juni 2019, og rapporteret i et papir ledet af Mathilde Espinasse fra Université de Paris.

Hovedpanelet i grafikken er et stort optisk og infrarødt billede af Mælkevejsgalaksen fra PanSTARRS optiske teleskop på Hawaii, med placeringen af ​​MAXI J1820+070 over galaksens plan markeret med et kryds. Indsatsen viser en film, der cykler gennem de fire Chandra-observationer, hvor "dag 0" svarer til den første observation den 13. november, 2018, omkring fire måneder efter jetflyets opsendelse. MAXI J1820+070 er den lyse røntgenkilde i midten af ​​billedet, og røntgenkilder kan ses bevæge sig væk fra det sorte hul i jetfly mod nord og syd. MAXI J1820+070 er en punktkilde til røntgenstråler, selvom den ser ud til at være større end en punktkilde, fordi den er meget lysere end jetkilderne. Den sydlige jet er for svag til at blive opdaget i maj og juni 2019-observationerne.

Hvor hurtigt bevæger materialestrålerne sig væk fra det sorte hul? Fra Jordens perspektiv, det ser ud som om, at nordjetflyet bevæger sig med 60 % af lysets hastighed, mens den sydlige rejser med umuligt klingende 160 % af lyshastigheden!

Dette er et eksempel på superluminal bevægelse, et fænomen, der opstår, når noget bevæger sig mod os nær lysets hastighed, langs en retning tæt på vores sigtelinje. Det betyder, at objektet bevæger sig næsten lige så hurtigt mod os, som det lys, det genererer, giver den illusion, at jetflyets bevægelse er hurtigere end lysets hastighed. I tilfælde af MAXI J1820+070, sydstrålen peger mod os og nordjetstrålen peger væk fra os, så den sydlige jet ser ud til at bevæge sig hurtigere end den nordlige. Den faktiske hastighed af partiklerne i begge stråler er større end 80 % af lysets hastighed.

Kun to andre eksempler på sådanne højhastighedsuddrivelser er blevet set i røntgenstråler fra sorte huller med stjernemasse.

MAXI J1820+070 er også blevet observeret ved radiobølgelængder af et hold ledet af Joe Bright fra University of Oxford, som tidligere rapporterede påvisningen af ​​superluminal bevægelse af kompakte kilder baseret på radiodata alene, der strakte sig fra opsendelsen af ​​jetflyene den 7. juli, 2018 til udgangen af ​​2018.

Fordi Chandra-observationerne omtrent fordoblede længden af ​​den tid, som jetflyene blev fulgt, en kombineret analyse af radiodataene og de nye Chandra-data fra Espinasse og hendes team gav mere information om jetflyene. Dette inkluderede beviser på, at jetflyene aftager, når de rejser væk fra det sorte hul.

Det meste af energien i strålerne omdannes ikke til stråling, men frigives i stedet, når partikler i strålerne interagerer med omgivende materiale. Disse interaktioner kan være årsagen til jetflyenes deceleration. Når jetflyene kolliderer med omgivende materiale i det interstellare rum, chokbølger - beslægtet med de soniske boom forårsaget af supersoniske fly - opstår. Denne proces genererer partikelenergier, der er højere end den for Large Hadron Collider.

Forskerne anslår, at omkring 400 millioner milliarder pund materiale blev blæst væk fra det sorte hul i disse to jetfly, der blev opsendt i juli 2018. Denne mængde masse kan sammenlignes med, hvad der kunne akkumuleres på skiven omkring det sorte hul i løbet af en få timer, og svarer til omkring tusind Halley's Comets eller omkring 500 millioner gange massen af ​​Empire State Building.

Undersøgelser af MAXI J1820+070 og lignende systemer lover at lære os mere om de jetfly, der produceres af sorte huller i stjernernes masse, og hvordan de frigiver deres energi, når deres jetfly interagerer med deres omgivelser.

Radioobservationer udført med Karl G. Jansky Very Large Array og MeerKAT-arrayet blev også brugt til at studere MAXI J1820+070's jetfly.

Et papir, der beskriver disse resultater, er offentliggjort i den seneste udgave af The Astrofysiske tidsskriftsbreve