Da den gigantiske radiogalakse Messier 87 (M 87) løsrev en torrent af gammastråling og radioflux, så et internationalt samarbejde fra 390 videnskabsmænd tilfældigvis se. De rapporterer om opdagelsen i denne uges nummer af Science Express.
Resultaterne giver første eksperimentelt bevis på, at partikler accelereres til ekstremt høje energier i umiddelbar nærhed af et supermassivt sort hul og derefter udsender de observerede gammastråler. Gamma-strålene har energier, der er en billioner gange højere end synligt lys.
Matthias Beilicke og Henric Krawczynski, begge fysikere ved Washington University i St. Louis, koordinerede projektet ved hjælp af Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) samarbejde. Arbejdet omfattede tre matriser af 12 meter (39 fod) til 17 meter (56 fod) teleskoper, der detekterer meget højenergi-gammastråler, og Very Long Baseline Array (VLBA), der registrerer radiobølger med høj rumlig præcision.
”Vi havde planlagt gammastråleobservationer af M 87 i en tæt samarbejdsindsats med de tre store gammastråleobservatorier VERITAS, H.E.S.S. og MAGIC, og vi var heldige, at der skete en ekstraordinær gammastråling, netop da kilden blev observeret med VLBA og dens imponerende rumlige opløsningsevne, ”sagde Beilicke.
"Kun ved at kombinere radioobservationer i høj opløsning med VHE-gammastråleobservationer gjorde det muligt for os at lokalisere stedet for gammastråleproduktionen," tilføjede R. Craig Walker, en personale videnskabsmand ved National Radio Astronomy Observatory i Socorro, New Mexico .
M 87 er placeret i en afstand af 50 millioner lysår fra Jorden i Jomfruen-galakser. Det sorte hul i midten af M 87 er seks milliarder gange mere massivt end Solen.
Størrelsen på et ikke-roterende sort hul gives af Schwarzschild-radius. Alt - stof eller stråling - der kommer inden for en Schwarzschild-radius i midten af det sorte hul, vil blive slugt af det. Schwarzschild-radius for det supermassive sorte hul i M 87 kan sammenlignes med radius for vores solsystem.
I tilfælde af nogle supermassive sorte huller - som i M 87 - er der tale om kredsløb og nærmer sig det sorte huls magter meget relativistiske udstrømninger, kaldet jetfly. Sagen i jetflyene bevæger sig væk fra det sorte hul og slipper for sin dødbringende tyngdekraft. Strålerne er nogle af de største objekter i universet, og de kan nå ud til mange tusinder af lysår fra nærheden af det sorte hul til det intergalaktiske medium.
Meget høj-energi gammastråleemission fra M 87 blev først opdaget i 1998 med HEGRA Cherenkov-teleskoper. ”Men selv i dag er M 87 en af kun omkring 25 kilder uden for vores galakse, der vides at udsende [meget høj energi] gamma-stråler,” siger Beilicke.
De nye observationer viser nu, at partikelaccelerationen, og den efterfølgende udsendelse af gammastråler, kan ske i selve ”indre jet”, mindre end ca. 100 Schwarzschild-radier væk fra det sorte hul, hvilket er et ekstremt smalt rum sammenlignet med jetens eller galaksens samlede omfang.
Foruden VERITAS og VLBA var det højenergi-stereoskopiske system (H.E.S.S.) og de store atmosfæriske gammastrålebilleder Cherenkov (MAGIC) gammastråleobservatorier involveret i disse observationer.
Lead billedtekst: Kunstnerens opfattelse af M87s indre kerne: Sort hul, akkretionsdisk og indre jetfly. Kredit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Andet billede: Storskala VLA-billede af M87: Hvid cirkel angiver det område, inden for hvilket gammastråle-teleskoper kunne fortælle, at de meget energiske gammastråler blev udsendt. For at indsnævre placeringen krævede VLBA yderligere. KREDIT: NRAO / AUI / NSF
Collage: Øverst til venstre viser et VLA-billede af galaksen de radioemitterende jetfly i en skala fra omkring 200.000 lysår. Efterfølgende zoomer skrider frem tættere på galakseens kerne, hvor det supermassive sorte hul bor. I kunstnerens opfattelse (baggrund). det sorte hul, der er illustreret i midten, er cirka dobbelt så stort som vores solsystem, en lille brøkdel af størrelsen af galaksen, men har ca. seks milliarder gange solens masse. Kredit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Kilder: Videnskab og National Radio Astronomy Observatory, via Eurekalert.
