Sidste år opdagede astronomer et roligt sort hul i en fjern galakse, der brød ud efter makulering og indtagelse af en forbipasserende stjerne. Nu har forskere identificeret et karakteristisk røntgensignal observeret i dagene efter udbruddet, der kommer fra stof på randen af at falde ned i det sorte hul.
Dette fortællingssignal, kaldet en kvasi-periodisk svingning eller QPO, er et karakteristisk træk ved akkretionsskiverne, der ofte omgiver de mest kompakte genstande i universet - hvide dværgstjerner, neutronstjerner og sorte huller. QPO'er er blevet set i mange sorte huller i stjernemasse, og der er spændende bevis for dem i nogle få sorte huller, der kan have mellemvægtmasser mellem 100 og 100.000 gange solens.
Indtil det nye fund, var QPO'er kun blevet detekteret omkring et supermassivt sort hul - den type, der indeholdt millioner af solmasser og placeret i galaksernes centre. Dette objekt er Seyfert-galaksen REJ 1034 + 396, som i en afstand af 576 millioner lysår ligger relativt i nærheden.
”Denne opdagelse udvider vores rækkevidde til den inderste kant af et sort hul placeret milliarder af lysår væk, hvilket er virkelig fantastisk. Dette giver os en mulighed for at udforske arten af sorte huller og teste Einsteins relativitet på et tidspunkt, hvor universet var meget anderledes end det er i dag, ”sagde Rubens Reis, en Einstein postdoktor ved University of Michigan i Ann Arbor. Reis ledede holdet, der afslørede QPO-signalet ved hjælp af data fra de kredsende Suzaku og XMM-Newton røntgenteleskoper, et fund beskrevet i et papir, der blev offentliggjort i dag i Science Express.
Røntgenkilden kendt som Swift J1644 + 57 - efter dens astronomiske koordinater i stjernebilledet Draco - blev opdaget den 28. marts 2011 af NASAs Swift-satellit. Det blev oprindeligt antaget at være en mere almindelig type udbrud kaldet en gammastråle-burst, men dens gradvise fade-out matchede intet, der var set før. Astronomer konvergerede snart tanken om, at det, de så, var efterspørgslen efter en virkelig ekstraordinær begivenhed - opvågningen af en fjern galakas sovende sorte hul, da den makulerede og snublede en forbipasserende stjerne. Galaksen er så langt væk, at lys fra begivenheden måtte rejse 3,9 milliarder år, før den nåede Jorden.
Videoinfo: Den 28. marts 2011 opdagede NASAs Swift intense røntgenstråler, som man troede var forårsaget af et sort hul, der fortærede en stjerne. I en model, der er illustreret her, kaster en sollignende stjerne på en excentrisk bane for tæt på dens galakse centrale sorte hul. Cirka halvdelen af stjernens masse fodrer en akkretionsskive omkring det sorte hul, som igen driver en partikelstråle, der stråler stråling mod Jorden. Kredit: NASAs Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab
Stjernen oplevede intense tidevand, da den nåede sit nærmeste punkt på det sorte hul og blev hurtigt revet fra hinanden. Noget af dets gas faldt hen imod det sorte hul og dannede en disk omkring det. Den inderste del af denne disk blev hurtigt opvarmet til temperaturer på millioner af grader, varme nok til at udsende røntgenstråler. På samme tid, gennem processer, der stadig ikke er fuldt forstået, modsat rettede jetfly vinkelret på disken dannet nær det sorte hul. Disse jetfly sprængte stof udad med hastigheder over 90 procent lysets hastighed langs det sorte huls spinakse. En af disse jetfly peger lige på Jorden.
Ni dage efter udbruddet observerede Reis, Strohmayer og deres kolleger Swift J1644 + 57 ved hjælp af Suzaku, en røntgen satellit, der blev drevet af det japanske rumfartsundersøgelsesagentur med deltagelse af NASA. Cirka ti dage senere indledte de derefter en længere overvågningskampagne ved hjælp af Det Europæiske Rumagenturs observationscenter XMM-Newton.
”Da materien i jetflyet bevægede sig så hurtigt og var næsten vinklet ind i vores synslinje, øgede relativitetseffekten dets røntgensignal nok, så vi kunne fange QPO, som ellers ville være vanskeligt at opdage på så stor afstand , ”Sagde Tod Strohmayer, en astrofysiker og medforfatter til undersøgelsen ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md.
Når varm gas i den inderste disk spiraler mod et sort hul, når den et punkt, astronomer refererer til som den inderste stabile cirkulære bane (ISCO). Når som helst tættere på det sorte hul og gas springer hurtigt ned i begivenhedshorisonten, er der ingen tilbagevenden. Den indadgående spiralgas har en tendens til at hober sig op omkring ISCO, hvor den bliver enormt opvarmet og udstråler en oversvømmelse af røntgenstråler. Lysstyrken på disse røntgenstråler varierer i et mønster, der gentages med et næsten regelmæssigt interval, hvilket skaber QPO-signalet.
Dataene viser, at Swift J1644 + 57s QPO cyklisk hvert 3,5 minut, hvilket placerer sit kilderegion mellem 2,2 og 5,8 millioner miles (4 til 9,3 millioner km) fra midten af det sorte hul, den nøjagtige afstand afhængigt af hvor hurtigt det sorte hul roterer. For at sætte dette i perspektiv er den maksimale afstand kun ca. 6 gange diameteren af vores sol. Afstanden fra QPO-regionen til begivenhedshorisonten afhænger også af rotationshastigheden, men for et sort hul, der roterer ved den maksimale hastighedsteori, er horisonten lige inden for ISCO.
”QPO'er sender os information fra randen af det sorte hul, og det er her relativitetens virkninger bliver mest ekstreme,” sagde Reis. ”Evnen til at få indsigt i disse processer over en så stor afstand er et virkelig smukt resultat og giver store løfter.”
Lead billedtekst: Denne illustration fremhæver de vigtigste træk ved Swift J1644 + 57 og opsummerer, hvad astronomer har opdaget om det. Kredit: NASA's Goddard Space Flight Center
