Konceptet med en sort hulstråle er ikke en ny, men vi har stadig meget at lære om blandingen af partikler, der findes i nærheden af dem. Gennem brug af ESAs XMM-Newton Observatorium har astronomer kigget på et sort hul i vores galakse og fundet nogle overraskende resultater.
Som vi ved, tager stjernemasse sorte huller materialer fra nærliggende stjerner. Materiale fra disse ledsagende stjerner trækkes væk fra forældrekroppen mod det sorte hul og udstråler en tempertur så intens, at den udsender røntgenstråler. Imidlertid indtager et sort hul ikke altid alt, hvad der kommer i vejen. Undertiden afviser de små dele af denne indgående masse og skubber den væk i form af et sæt kraftfulde jetfly. Disse jetfly giver også næring til omgivelserne og frigiver både masse og energi… berøver det sorte brændstofhul.
Gennem undersøgelsen af jet-sammensætning er forskere i stand til bedre at bestemme, hvad der bliver taget i et sort hul, og hvad der ikke gør. Gennem observationer taget ved radiobølgelængden af det elektromagnetiske spektrum har vi set elektroner knuse sammen med næsten lysets hastighed. Det er dog ikke klart bestemt, om den negative ladning af elektronerne er komplementeret med deres antipartikler, positroner eller rettere sagt af tungere positivt ladede partikler i jetflyene, som protoner eller atomkerner. ” Med XMM-Newtons magt bag sig har astronomer haft lejlighed til at undersøge et binært sort-hul-system kaldet 4U1630–47 - en kandidat, der vides at have uventede udbrud af røntgenstråler i tidssegmenter, der varer mellem måneder og år.
”I vores observationer fandt vi tegn på stærkt ioniserede kerner af to tunge elementer, jern og nikkel,” siger María Díaz Trigo fra European Southern Observatory i München, Tyskland, hovedforfatter af papiret, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature. ”Opdagelsen kom som en overraskelse - og en god, da det viser tvivl om, at sammensætningen af sorte hulstråler er meget rigere end bare elektroner.”
I september 2012 observerede et team af astronomer ledet af Dr. Díaz Trigo og samarbejdspartnere 4U1630–47 med XMM-Newton. De sikkerhedskopierede også deres observationer med næsten samtidig radioobservationer taget fra Australia Telescope Compact Array. Selvom undersøgelserne blev udført tæt på hinanden - inden for et par uger - kunne resultaterne ikke have været mere forskellige.
Ifølge Trigos team hentede det oprindelige sæt observationer røntgenunderskrifter fra akkretionsskiven, men der var ingen aktivitet i radiobandet. Dette er en indikator på, at jetflyene ikke var aktive på det tidspunkt. I det andet sæt af observationer var der imidlertid aktivitet i både røntgen og radio ... jetflyene var tændt igen! Mens de undersøgte røntgendata fra det andet sæt, fandt de også jernkerner i bevægelse. Disse partikler bevægede sig både mod og væk fra XMM-Newton - beviset for, at ioner var en del af tvillingstråle rettet modsatte retninger. Det er dog ikke alt. Der var også tegn på, at nikkelkerner peger mod observatoriet.
"Fra disse 'fingeraftryk' af jern og nikkel kunne vi vise, at jetens hastighed er meget høj, omkring to tredjedele af lysets hastighed," siger medforfatter James Miller-Jones fra Curtin University-knudepunktet International Center for Radio Astronomy Research i Perth, Australien.
”Desuden betyder tilstedeværelsen af tunge atomkerner i sorte hulstråler, at masse og energi føres væk fra det sorte hul i meget større mængder end vi tidligere troede, hvilket kan have indflydelse på mekanismen og hastigheden, hvormed det sorte hul accretes matter, ”tilføjer medforfatter Simone Migliari fra University of Barcelona, Spanien.
Forbløffende nye fund? Ja måske. For et typisk sort hul i stjernemasse er det første gang, at tunge kerner bliver opdaget i jetflyene. I øjeblikket er der kun “en anden binær røntgenstråle, der viser lignende underskrifter fra atomkerner i dens jetfly - en kilde, der er kendt som SS 433. Dette sorte hulsystem er imidlertid kendetegnet ved en usædvanlig høj akkretionshastighed, som gør det vanskeligt at sammenligne dets egenskaber med mere almindelige sorte huller. ” Gennem disse nye observationer af 4U1630–47 vil astronomer være i stand til at udfylde informationshuller om, hvad der forårsager jetfly, der forekommer i sorte hul-akkretionsskiver, og hvad der driver dem.
”Selvom vi nu ved meget om sorte huller og hvad der sker omkring dem, er dannelsen af jetfly stadig et stort puslespil, så denne observation er et stort skridt fremad i forståelsen af dette fascinerende fænomen,” siger Norbert Schartel, ESAs XMM-Newton Projektforsker.
Original historiekilde: ESA Pressemeddelelse.
