Første detektering af lys bagved et sort hul

At se røntgenstråler kastet ud i universet af det supermassive sorte hul i centrum af en galakse 800 millioner lysår væk, Stanford University astrofysiker Dan Wilkins bemærkede et spændende mønster. Han observerede en række lyse udbrud af røntgenstråler - spændende, men ikke uden fortilfælde – og så, teleskoperne optog noget uventet:yderligere glimt af røntgenstråler, der var mindre, senere og af andre "farver" end de lyse blusser.

Ifølge teorien, disse lysende ekkoer stemte overens med røntgenstråler reflekteret bag det sorte hul - men selv en grundlæggende forståelse af sorte huller fortæller os, at det er et mærkeligt sted for lys at komme fra.

"Alt lys, der går ind i det sorte hul, kommer ikke ud, så vi burde ikke kunne se noget, der er bag det sorte hul, " sagde Wilkins, som er forsker ved Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology ved Stanford og SLAC National Accelerator Laboratory. Det er en anden mærkelig egenskab ved det sorte hul, imidlertid, som gør denne observation mulig. "Grunden til, at vi kan se det er, fordi det sorte hul forvrider rummet, bøjning af lys og vridning af magnetiske felter omkring sig selv, "forklarede Wilkins.

Den mærkelige opdagelse, detaljeret i et papir offentliggjort den 28. juli i Natur , er den første direkte observation af lys bagved et sort hul - et scenario, der blev forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori, men som aldrig blev bekræftet, indtil nu.

"For halvtreds år siden, når astrofysikere begynder at spekulere i, hvordan magnetfeltet kan opføre sig tæt på et sort hul, de anede ikke, at vi en dag kunne have teknikkerne til at observere dette direkte og se Einsteins generelle relativitetsteori i aktion, " sagde Roger Blandford, en medforfatter til papiret, som er Luke Blossom-professor på School of Humanities and Sciences og Stanford og SLAC-professor i fysik og partikelfysik.

Sådan ser du et sort hul

Den oprindelige motivation bag denne forskning var at lære mere om et mystisk træk ved visse sorte huller, kaldet en corona. Materiale, der falder ned i et supermassivt sort hul, driver de lyseste kontinuerlige lyskilder i universet, og som det gør det, danner en korona omkring det sorte hul. Dette lys - som er røntgenlys - kan analyseres for at kortlægge og karakterisere et sort hul.

Den førende teori for, hvad en corona er, starter med, at gas glider ind i det sorte hul, hvor den overophedes til millioner af grader. Ved den temperatur, elektroner adskilt fra atomer, skabe et magnetiseret plasma. Fanget i det kraftige spin af det sorte hul, magnetfeltet buer så højt over det sorte hul, og snurrer så meget om sig selv, at den til sidst går helt i stykker - en situation, der minder så meget om, hvad der sker omkring vores egen Sol, at den lånte navnet "corona".

"Dette magnetiske felt, der bliver bundet og derefter snapper tæt på det sorte hul, opvarmer alt omkring det og producerer disse højenergielektroner, som derefter fortsætter med at producere røntgenstrålerne, " sagde Wilkins.

Da Wilkins kiggede nærmere for at undersøge oprindelsen af ​​blusset, han så en række mindre blink. Disse, forskerne fastslog, er de samme røntgenudbrud, men reflekteret fra bagsiden af ​​disken - et første glimt på den anden side af et sort hul.

"Jeg har bygget teoretiske forudsigelser af, hvordan disse ekkoer ser ud for os i et par år, " sagde Wilkins. "Jeg havde allerede set dem i den teori, jeg har udviklet, så når jeg så dem i teleskopobservationerne, Jeg kunne finde ud af sammenhængen."

Fremtidige observationer

Missionen med at karakterisere og forstå coronas fortsætter og vil kræve mere observation. En del af den fremtid vil være Den Europæiske Rumorganisations røntgenobservatorium, Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics). Som medlem af Steve Allens lab, professor i fysik ved Stanford og i partikelfysik og astrofysik ved SLAC, Wilkins er med til at udvikle en del af Wide Field Imager-detektoren til Athena.

"Det har et meget større spejl, end vi nogensinde har haft på et røntgen-teleskop, og det vil give os mulighed for at se højere opløsninger på meget kortere observationstider, " sagde Wilkins. "Så, det billede, vi begynder at få fra dataene i øjeblikket, vil blive meget klarere med disse nye observatorier."

Medforfattere til denne forskning er fra Saint Mary's University (Canada), Hollandsk Institut for Rumforskning (SRON), University of Amsterdam og Pennsylvania State University.