Nye værktøjer til at analysere stråling nær sorte huller

Med den nuværende videnskabelige viden og udstyr, forståelse af astrofysiske sorte huller kræver uvægerligt detaljerede undersøgelser af de observerbare elementer omkring dem. STRONGGRAVITY-projektet har udviklet nye analytiske værktøjer til at gøre netop det, med fokus på stråling.

Strålingsprocesser, der finder sted nær sorte huller, fortæller os meget om fysik under ekstreme forhold, forhold, som ikke engang de mest avancerede eksperimentelle opstillinger kan genskabe. De giver også en unik mulighed for at teste Einsteins relativitetsteori i stærkfeltsregimet.

Ved at bruge data fra Den Europæiske Rumorganisations XMM-Newton røntgen-satellitmission, European Southern Observatory og andre relevante kilder, STRONGGRAVITY (Probing Strong Gravity by Black Holes Across the Range of Masses) har til formål at forstå disse strålingsprocesser bedre. Dr. Michal Dovciak, sammen med sit team på Det Astronomiske Institut for Det Tjekkiske Videnskabsakademi, har brugt de sidste fire år på at analysere og fortolke multi-bølgelængde spektrale og hurtig timing observationer af systemer, der indeholder sorte huller for at fremme denne forståelse.

Projektets nye værktøjer, som kan beregne spektralen, timing og polarisationsegenskaber af strålinger i det sorte huls nærhed, håber ikke kun at bidrage til astrofysikken, men også for at muliggøre ny forskning og videnskabelige ideer i og uden for Europa.

Hvorfor er det vigtigt bedre at forstå strålingsprocesser nær sorte huller?

Sorte huller forstås ret godt som matematiske objekter, dog er der stadig mange mysterier om, hvordan de opfører sig som astrofysiske objekter. Hvordan interagerer de med deres omgivelser i centrum af galakser? Hvordan lever de af nærliggende stof, og hvad er arten af ​​deres tilvækst? Hvad er årsagerne til de udstrømninger, hvormed de fodrer værtsgalaksen?

Al den information, vi kan få om sorte huller, da astrofysiske objekter stammer fra stråling i deres nærhed, især dem med meget høj energi. Derfor, vi koncentrerer os hovedsageligt om røntgenstråler. Vi er nødt til at tyde alle de processer, der skaber eller påvirker denne stråling for bedre at forstå, hvad der foregår, mere specifikt, hvilke komponenter disse systemer består af (accretion disc, corona, vinde, etc.), hvad deres egenskaber er, og hvordan de indbyrdes interagerer.

Hvilken type sorte huller fokuserer du på og hvorfor?

Vi fokuserer på adskillige lyse, aktive galaktiske kerner – hver huser et supermassivt sort hul med et masseområde svarende til millioner eller milliarder af solmasser – samt nogle få sorte huller af stjernernes oprindelse i vores galakse.

En særlig kilde til interesse er Sgr A* – det supermassive, men stille sorte hul i midten af ​​vores galakse. Vi har koncentreret os om de mest aktive arter af sorte huller, da de giver os den størst mulige mængde information til at studere dem.

Hvad ville du sige var de vigtigste bidrag til projektet?

Vi har udviklet nogle nye sofistikerede værktøjer og modeller samt forbedrede allerede eksisterende. Disse værktøjer og modeller bliver nu brugt af astronomer til meget bedre at forstå de data, der kommer fra jordbaserede og satellitobservationer.

Ved at bruge disse værktøjer, vi har f.eks. opdaget det første hint nogensinde om den relativistiske præcession af kredsløbet om en af ​​de stjerner, der er tættest på Mælkevejens centrale sorte hul.

Hvordan vil disse nye værktøjer bidrage til fremtidige missioner som ATHENA?

Vi har allerede brugt dem til at definere det videnskabelige emne 'De nære omgivelser i de supermassive sorte huller' til missionen ATHENA. Vi har simuleret observationer med forskellige instrumenter i denne mission for at estimere deres ydeevne i forskellige mulige konfigurationer. De to hovedformål i dette tema består i at måle sorte huls rotation via røntgenreflektion fra accretion disc samt geometrien af ​​accretion disc corona via røntgen-efterklangsundersøgelser.

Hvordan kan dine værktøjer tilgås og bruges af det videnskabelige samfund?

Vi har en dedikeret webside på vores hjemmeside, hvor værktøjerne findes sammen med dokumentation for, hvordan du bruger dem.

Hvad mangler du stadig at nå inden projektets afslutning?

Der er flere delprojekter, som endnu ikke er afsluttet, og vi vil gerne afslutte dem inden projektets afslutning. Vi arbejder stadig på beregninger af den indflydelse, som coronaen har på emission af tilvækstskiver, vi forbedrer koden for undersøgelser af røntgenefterklang, og vi vil gerne afslutte refleksionsmodellen for binære galaktiske sorte hul.