Voldelig afbrænding afsløret i hjertet af et sort hul-system

Et internationalt hold af astronomer, ledet af University of Southampton, har brugt state-of-the-art kameraer til at skabe en film med høj billedhastighed af et voksende sort hul-system på et detaljeringsniveau, som aldrig er set før. I processen afslørede de nye spor til at forstå de umiddelbare omgivelser af disse gådefulde objekter. Forskerne offentliggør deres arbejde i et nyt papir i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Sorte huller kan nære sig en nærliggende stjerne og skabe enorme tilvækstskiver af materiale. Her, effekten af ​​det sorte huls stærke tyngdekraft og materialets eget magnetfelt kan forårsage, at der udsendes hurtigt skiftende strålingsniveauer fra systemet som helhed.

Denne stråling blev detekteret i synligt lys af HiPERCAM-instrumentet på Gran Telescopio Canarias (La Palma, Kanariske Øer) og i røntgenbilleder af NASAs NICER-observatorium ombord på den internationale rumstation.

Det undersøgte sorte hul-system hedder MAXI J1820+070, og blev først opdaget i begyndelsen af ​​2018. Det er kun omkring 10, 000 lysår væk, i vores egen Mælkevej. Den har en masse på omkring 7 sole, med dette kollapsede ned til et rumområde mindre end City of London.

At undersøge disse systemer er normalt meget vanskeligt, da deres afstande gør dem for svage og for små til at se - ikke engang ved brug af Event Horizon Telescope, som for nylig tog et billede af det sorte hul i midten af ​​galaksen M87. HiPERCAM- og NICER-instrumenterne lader imidlertid forskerne optage 'film' af det skiftende lys fra systemet med over tre hundrede billeder i sekundet, opfanger voldsom 'knitren' og 'opblussen' af synligt lys og røntgenlys.

John Paice, en kandidatstuderende ved University of Southampton og Inter-University Center for Astronomy &Astrophysics i Indien var hovedforfatter af undersøgelsen, der præsenterede disse resultater, og også kunstneren, der skabte filmen. Han forklarede arbejdet som følger:"Filmen blev lavet ved hjælp af rigtige data, men bremset ned til 1/10 af den faktiske hastighed for at gøre det muligt at skelne de hurtigste udbrud af det menneskelige øje. Vi kan se, hvordan materialet omkring det sorte hul er så lyst, den overstråler stjernen, som den fortærer, og de hurtigste flimmer varer kun et par millisekunder – det er resultatet af hundrede sole og mere, der udsendes på et øjeblik."

Forskere fandt også, at fald i røntgenniveauer ledsages af en stigning i synligt lys (og omvendt). Og de hurtigste blink i synligt lys viste sig at dukke op en brøkdel af et sekund efter røntgenstråler. Sådanne mønstre afslører indirekte tilstedeværelsen af ​​distinkt plasma, ekstremt varmt materiale, hvor elektroner fjernes fra atomer, i strukturer dybt i omfavnelsen af ​​det sorte huls tyngdekraft, ellers for lille til at løse.

Det er ikke første gang, dette er fundet; en forskel på et splitsekund mellem røntgen- og visuelt lys er blevet set i to andre systemer, der er vært for sorte huller, men det er aldrig blevet observeret på dette detaljeringsniveau. Medlemmer af dette internationale team har været på forkant med dette felt i det sidste årti. Dr. Poshak Gandhi, også fra Southampton, fandt de samme flygtige taktarter også i de to tidligere systemer.

Han kommenterede betydningen af ​​disse resultater:"Det faktum, at vi nu ser dette i tre systemer, styrker ideen om, at det er et samlende kendetegn ved sådanne voksende sorte huller. Hvis det er sandt, dette må fortælle os noget grundlæggende om, hvordan plasmastrømme omkring sorte huller fungerer.

"Vores bedste ideer påberåber sig en dyb forbindelse mellem inspirerende og udstrømmende dele af plasmaet. Men det er ekstreme fysiske forhold, som vi ikke kan kopiere i jordens laboratorier, og vi forstår ikke, hvordan naturen klarer dette. Sådanne data vil være afgørende for at finde den rigtige teori."