Røntgenteknologi afslører aldrig før set stof omkring sort hul

I et internationalt samarbejde mellem Japan og Sverige, videnskabsmænd afklarede, hvordan tyngdekraften påvirker formen af ​​stof nær det sorte hul i det binære system Cygnus X-1. Deres resultater, som blev offentliggjort i Natur astronomi denne måned, kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå fysikken om stærk tyngdekraft og udviklingen af ​​sorte huller og galakser.

Nær midten af ​​stjernebilledet Cygnus er en stjerne, der kredser om det første sorte hul, der er opdaget i universet. Sammen, de danner et binært system kendt som Cygnus X-1. Dette sorte hul er også en af ​​de lyseste kilder til røntgenstråler på himlen. Imidlertid, materiens geometri, der giver anledning til dette lys, var usikker. Forskerholdet afslørede denne information fra en ny teknik kaldet røntgenpolarimetri.

At tage et billede af et sort hul er ikke let. For én ting, det er endnu ikke muligt at observere et sort hul, fordi lyset ikke kan undslippe det. Hellere, i stedet for at observere selve det sorte hul, forskere kan observere lys, der kommer fra stof tæt på det sorte hul. I tilfældet med Cygnus X-1, dette stof kommer fra stjernen, der kredser tæt om det sorte hul.

Mest lys, vi ser, som fra solen, vibrerer i mange retninger. Polarisering filtrerer lyset, så det vibrerer i én retning. Det er sådan, hvordan snebriller med polariserede linser lader skiløbere nemmere se, hvor de skal ned ad bjerget – de virker, fordi filteret skærer lys, der reflekteres væk fra sneen.

"Det er den samme situation med hårde røntgenstråler omkring et sort hul, "Hiroshima University Assistant Professor og studiemedforfatter Hiromitsu Takahashi sagde. "Men, hårde røntgenstråler og gammastråler, der kommer fra nær det sorte hul, trænger ind i dette filter. Der findes ikke sådanne 'briller' til disse stråler, så vi har brug for en anden speciel form for behandling for at styre og måle denne spredning af lys."

Holdet skulle finde ud af, hvor lyset kom fra, og hvor det spredte sig. For at foretage begge disse målinger, de lancerede et røntgenpolarimeter på en ballon kaldet PoGO+. Derfra, holdet kunne sammensætte, hvilken brøkdel af hårde røntgenstråler, der reflekteredes fra accretion-skiven, og identificere stoffets form.

To konkurrerende modeller beskriver, hvordan stof nær et sort hul kan se ud i et binært system som Cygnus X-1:lygtepælen og den udvidede model. I lygtepælsmodellen, koronaen er kompakt og bundet tæt til det sorte hul. Fotoner bøjer sig mod accretion disken, hvilket resulterer i mere reflekteret lys. I den udvidede model, koronaen er større og spredt rundt i nærheden af ​​det sorte hul. I dette tilfælde, det reflekterede lys fra skiven er svagere.

Da lyset ikke bøjede sig så meget under det sorte huls stærke tyngdekraft, holdet konkluderede, at det sorte hul passede til den udvidede corona-model.

Med disse oplysninger, forskerne kan afdække flere karakteristika ved sorte huller. Et eksempel er dens spin. Effekterne af spin kan ændre rumtiden omkring det sorte hul. Spin kunne også give et fingerpeg om udviklingen af ​​det sorte hul. Det kunne være aftagende i hastighed siden begyndelsen af ​​universet, eller det kan akkumulere stof og spinde hurtigere.

"Det sorte hul i Cygnus er et af mange, " sagde Takahashi. "Vi vil gerne studere flere sorte huller ved hjælp af røntgenpolarimetri, som dem, der er tættere på galaksernes centrum. Måske forstår vi bedre sort huls evolution, såvel som galakseudvikling."