Astronomer har opdaget gammastråler, der strømmer fra nærheden af det supermassive sorte hul i hjertet af galaksen M87. Et specielt instrument kaldet H.E.S.S., der ligger i Namibia, kan registrere, hvornår disse stråler strejker vores atmosfære og spore kilden tilbage. Astronomer har bestemt, at en region, der ikke er meget større end vores solsystem omkring det sorte hul, er ansvarlig for denne udstrømning af gammastråler; det sorte hul fungerer som en kosmisk partikelaccelerator.
Et internationalt team af astrofysikere fra H.E.S.S. samarbejde har annonceret opdagelsen af kortvarig variation i strømmen af gamma-stråler med meget høj energi (VHE) fra radiogalaksen M 87. I Namibia har samarbejdet opbygget og driver et detektionssystem, kendt som Cherenkov-teleskoper, som tillader, at disse gammastråler detekteres fra jordniveau (se bemærkninger). Peger dette system mod en nærliggende galakse, M 87, har teamet opdaget VHE-gamma-stråler i de sidste fire år. Den virkelige overraskelse er imidlertid, at intensiteten af emissionen kan ses drastisk at ændre sig inden for et par dage lejlighedsvis.
Den gigantiske radiogalakse M 87
Denne galakse, der ligger 50 millioner lysår væk i stjernebilledet Jomfruen, har et supermassivt sort hul på 3.000 millioner solmasser, hvorfra en stråle med partikler og magnetiske felter udspringer. I modsætning til tidligere observerede ekstragalaktiske kilder til VHE-gammastråler - kendt som Blazars - peger strålen i M 87 ikke mod Jorden, men ses i en vinkel på ca. 30 °. I Blazars antages gammastråler at blive udsendt i jetjet, kollimeret omkring jetretningen og øget deres energi og intensitet af den relativistiske bevægelse af jetpartikler. M 87 repræsenterer derfor en ny type ekstragalaktisk gammastrålekilde.
En første indikation af VHE-gamma-stråleemission fra M 87 blev set i 1998 med HEGRA Cherenkov-teleskoper (en af forløbereksperimenterne til H.E.S.S.). Med H.E.S.S. resultater disse indikationer bekræftes nu med større tillid. Fluxen af VHE gamma-stråler fra M 87 er ganske svag; ingen anden radiogalakse blev hidtil set i VHE-gammastråler, sandsynligvis fordi de fleste er fjernere end den relativt nærliggende M 87.
Hvad kortvarig variation viser os
Tidsskalaen for variation er en indikator for den maksimale størrelse af emissionområdet. Da gamma-stråler fra bagenden af emissionområdet bevæger sig længere, indtil de når os, kan variationstidsskalaerne ikke være meget kortere, end den tid gamma-stråler kræver for at krydse emissionsområdet. Sådanne variabilitetsmålinger bruges ofte til at begrænse størrelsen på emissionsstedet i fjerne objekter, ofte til større nøjagtighed end ved at måle objektets størrelse baseret på den vinkelforlængelse på himlen. Tidsskalaen for variationer på få dage set af H.E.S.S. i M 87 er ekstremt kort, kortere end detekteret ved nogen anden bølgelængde. Dette fortæller os, at størrelsen på det område, der producerer VHE-gammastrålerne, næsten er størrelsen på vores solsystem (1013 m, kun ca. 0,000001% af størrelsen på hele radiogalaksen M 87). ”Dette er ikke meget større end begivenhedshorisonten for det supermassive sorte hul i centrum af M 87” siger Matthias Beilicke, en H.E.S.S. videnskabsmand, der arbejder på University of Hamburg.
Denne observation gør den umiddelbare nærhed af det centrale sorte hul i M 87 til det mest sandsynlige sted for produktion af VHE-gamma-stråler; andre strukturer i strålerne af M 87 har en tendens til at have større skalaer. Produktionsprocessernes fysik er endnu ikke bestemt, og helt nye mekanismer kan påberåbes på grund af det sorte huls nærhed, som denne opdagelse af H.E.S.S. holdet har demonstreret. Det er sandsynligt, at vi har at gøre med en anden produktionsmekanisme end for Blazars, hvis jetfly peger mod os. I dette område nær det sorte hul skaber det stof, der er hævet fra det sorte hul, også den relativistiske plasmastråle - en proces, der generelt ikke er fuldt forstået endnu. At gammastråler kan flygte fra dette voldelige område kan virke overraskende, men det er muligt, da det sorte hul i M 87 akkrediterer materie i en relativt lav hastighed sammenlignet med andre sorte huller. Man kan heller ikke udelukke, at relativistiske effekter som dem, der finder sted i andre ekstragalaktiske kilder, bidrager på et eller andet niveau, men i betragtning af at jetjet ikke peger mod os, er store relativistiske effekter usandsynlige.
H.E.S.S. førende
Med denne og foregående opdagelser af ekstragalaktiske kilder, H.E.S.S. leder an i forståelsen af de processer, der er involveret i, hvordan disse ekstraordinært energiske fotoner produceres. Radiogalaksen M 87 er et fremragende laboratorium til at studere kernen i disse galakser med deres supermassive sorte huller, der fungerer som motorer til at accelerere partikler til ekstremt høje energier, hvilket giver VHE-gamma-stråler i processen. Dette objekt kan studeres og sammenlignes med de mere talrige, men fjernere Blazars, hvor jetflyet skjuler vores syn på den centrale kilde. For M 87 ved vi nu, at vi har et klart overblik over den centrale motor med H.E.S.S., hvilket fører til en bedre forståelse af alle ekstragalaktiske VHE-gammastrålekilder.
Original kilde: Max Planck Society nyhedsmeddelelse
