Forskere opdager hurtige ændringer i et sort hul, der kan forklare gammastråleudbrud

Nogle af de mest massive og fjerneste sorte huller i universet udsender en enorm mængde ekstraordinært energisk stråling kaldet gammastråler. Denne type stråling forekommer, for eksempel, når masse omdannes til energi under fissionsreaktioner, der driver atomreaktorer på Jorden. Men i tilfælde af sorte huller, gammastråling er endnu mere energisk end den, der produceres i atomreaktorer og er et produkt af meget forskellige processer; der, gammastrålerne skabes ved kollisioner mellem lysstråler og højenergiske partikler født i nærheden af ​​sorte huller ved hjælp af mekanismer, der stadig er dårligt forståede.

Som et resultat af disse kollisioner mellem lys og stof, de energiske partikler giver næsten al deres fremdrift til lysstrålerne og gør dem til gammastrålingen, der ender med at nå Jorden.

Det astronomiske videnskabelige samfund har mistanke om, at disse kollisioner forekommer i områder gennemsyret af kraftige magnetfelter, der er udsat for meget varierende processer, såsom turbulens og magnetiske genforbindelser - magnetiske felter, der smelter sammen, frigiver en forbløffende mængde energi - som kunne forekomme i de stofstråler, der udstødes af sorte huller. Men at sondere disse magnetfelter milliarder af lysår væk fra Jorden kræver meget følsomme enheder og for at finde det nøjagtige tidspunkt, hvor udsendelsen af ​​høj energi finder sted.

Det er præcis, hvad forskerholdet ledet af Iván Martí-Vidal, CIDEGENT-forsker fra Valencias regering ved Astronomical Observatory og Institut for Astronomi ved Valencias Universitet, og hovedforfatter til dette værk, har opnået. Dette hold har brugt ALMA (Atacama Large Millimeter Array), det mest følsomme teleskop i verden ved millimeter bølgelængder, at få præcis information om magnetfelterne i et fjernt sort hul, på et tidspunkt, hvor energiske partikler producerede en enorm mængde gammastråling.

I en nyligt offentliggjort artikel i Astronomi og astrofysik , forskerne rapporterer observationer af det sorte hul kaldet PKS1830-211, ligger mere end 10 milliarder lysår fra Jorden. Disse observationer viser, at de magnetiske felter i det område, hvor de mest energiske partikler af det sorte huls stråle produceres, ændrede deres struktur, især inden for et tidsinterval på kun få minutter.

"Dette indebærer, at magnetiske processer opstår i meget små og turbulente områder, ligesom hovedmodellerne for gammastråleproduktion i sorte huller forudsiger, som relaterer turbulens til gammastråling, " forklarer Iván Martí-Vidal. "På den anden side, de ændringer, vi har opdaget, fandt sted under en meget kraftig gammastråleepisode, hvilket giver os mulighed for robust at relatere dem til højenergiudledningen. Alt dette bringer os lidt tættere på at forstå oprindelsen af ​​den mest energiske stråling i universet, " tilføjer han.

Interferometri og nye algoritmer

For at analysere disse data, teamet af Martí-Vidal har brugt en avanceret analyseteknik, der giver dem mulighed for at få information om hurtigt skiftende kilder fra interferometriske observationer, som dem opnået med ALMA. "Interferometri giver os kraften til at observere universet med et uovertruffent detaljeringsniveau; faktisk, det er den teknik, som Event Horizon Telescope (EHT) også er baseret på, som for nylig fik det første billede af et sort hul, " siger Martí-Vidal. "En del af vores CIDEGENT-projekt er, faktisk, dedikeret til at udvikle algoritmer som den, vi har brugt i disse ALMA-observationer, men gælder for meget mere komplekse data, såsom dem fra EHT, som ville give os mulighed for at rekonstruere, i en nær fremtid, 'film' af sorte huller, i stedet for blot billeder, " siger astronomen fra universitetet i Valencia.

Alejandro Mus, CIDEGENT prædoctoral forsker ved UV Institut for Astronomi og medforfatter til artiklen, udvikler sin doktorafhandling på dette område. "Inden for EHT-projektet, der er mange eksperter fra flere institutioner, der arbejder mod uret for at løse problemet med hurtig kildevariabilitet, " siger Mus. "I øjeblikket, den algoritme, vi har udviklet, arbejder med ALMA-dataene og har allerede givet os mulighed for at få nøgleoplysninger om, hvordan de magnetiske felter, der er forbundet med PKS1830-211, ændrer sig på skalaer på nogle få titusinder af minutter. Vi håber snart at kunne bidrage til EHT med de mere sofistikerede algoritmer, vi arbejder på, " slutter han.