211service.com
Astronomen hebben röntgenstraling gezien vanachter een superzwaar zwart gat
NASA/JPL-Caltech
Wanneer gas in een zwart gat valt, komt er een enorme hoeveelheid energie vrij en spuwt het elektromagnetische straling in alle richtingen, waardoor deze objecten tot de helderste in het bekende universum behoren. Maar wetenschappers hebben alleen licht en andere straling van een superzwaar zwart gat kunnen zien wanneer het rechtstreeks op onze telescopen schijnt - alles van achteren is altijd verduisterd geweest.
Tot nu. Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature demonstreert de eerste detectie van straling afkomstig van achter een zwart gat - gebogen als gevolg van de kromming van de ruimtetijd rond het object. Het is weer een bewijs voor Einsteins algemene relativiteitstheorie.
'Dit is een heel opwindend resultaat', zegt Edward Cackett, een astronoom aan de Wayne State University die niet bij het onderzoek betrokken was. 'Hoewel we de signatuur van röntgenecho's eerder hebben gezien, is het tot nu toe niet mogelijk geweest om de echo te onderscheiden die van achter het zwarte gat komt en in onze gezichtslijn wordt gebogen. Het zal beter in kaart brengen hoe dingen in zwarte gaten vallen en hoe zwarte gaten de ruimtetijd eromheen buigen.'
Het vrijkomen van energie door zwarte gaten, soms in de vorm van röntgenstralen, is een absurd extreem proces. En omdat superzware zwarte gaten zoveel energie vrijgeven, zijn het in wezen krachtpatsers die sterrenstelsels om hen heen laten groeien. Als je wilt begrijpen hoe sterrenstelsels ontstaan, moet je echt deze processen begrijpen buiten het zwarte gat die in staat zijn om deze enorme hoeveelheden energie en kracht vrij te geven, deze verbazingwekkend heldere lichtbronnen die we bestuderen, zegt Dan Wilkins, een astrofysicus aan de Stanford University en de hoofdauteur van de studie.
De studie richt zich op een superzwaar zwart gat in het centrum van een melkwegstelsel genaamd I Zwicky 1 (kortweg I Zw 1), op ongeveer 100 miljoen lichtjaar van de aarde. In superzware zwarte gaten zoals die van I Zw 1 vallen grote hoeveelheden gas naar het centrum (de waarnemingshorizon, die in feite het punt van geen terugkeer is) en hebben de neiging om af te vlakken tot een schijf. Boven het zwarte gat resulteert een samenvloeiing van supergeladen deeltjes en magnetische veldactiviteit in de productie van hoogenergetische röntgenstralen.
Sommige van deze röntgenstralen schijnen recht op ons af en we kunnen ze normaal observeren met telescopen. Maar sommige schijnen ook naar beneden in de richting van de platte schijf van gas en zullen erop reflecteren. I Zw 1 De rotatie van het zwarte gat vertraagt sneller dan in de meeste superzware zwarte gaten wordt waargenomen, waardoor omringende gas en stof gemakkelijker naar binnen vallen en het zwarte gat vanuit meerdere richtingen voeden. Dit leidt op zijn beurt tot grotere röntgenstraling, en daarom waren Wilkins en zijn team vooral geïnteresseerd.
Terwijl Wilkins en zijn team dit zwarte gat observeerden, merkten ze dat de corona leek te flitsen. Deze flitsen, veroorzaakt door röntgenpulsen die weerkaatsen op de enorme schijf van gas, kwamen van achter de schaduw van het zwarte gat - een plek die normaal gesproken aan het zicht onttrokken is. Maar omdat het zwarte gat de ruimte eromheen buigt, buigen ook de röntgenreflecties eromheen, waardoor we ze kunnen zien.
De signalen zijn gevonden met behulp van twee verschillende ruimtetelescopen die zijn geoptimaliseerd om röntgenstraling in de ruimte te detecteren: NuSTAR, dat wordt beheerd door NASA, en XMM-Newton, dat wordt beheerd door de European Space Agency.
De grootste implicatie van de nieuwe bevindingen is dat ze bevestigen wat Albert Einstein voorspelde als onderdeel van zijn algemene relativiteitstheorie: de manier waarop licht zou moeten buigen rond gigantische objecten zoals superzware zwarte gaten.
Het is de eerste keer dat we echt de directe handtekening zien van de manier waarop licht helemaal achter het zwarte gat in onze gezichtslijn buigt, omdat van de manier waarop een zwart gat de ruimte om zichzelf vervormt, zegt Wilkins.
'Hoewel deze waarneming ons algemene beeld van de aanwas van zwarte gaten niet verandert, is het een mooie bevestiging dat de algemene relativiteitstheorie een rol speelt in deze systemen', zegt Erin Kara, een astrofysicus aan het MIT die niet bij het onderzoek betrokken was.
Ondanks de naam zijn superzware zwarte gaten zo ver weg dat ze er eigenlijk gewoon uit zien als enkele lichtpunten, zelfs met de modernste instrumenten. Het zal niet mogelijk zijn om ze allemaal te fotograferen zoals wetenschappers de Event Horizon Telescope hebben gebruikt om vast te leggen de schaduw van een superzware bla ck gat erin Galaxy M87.
Dus hoewel het nog vroeg is, hebben Wilkins en zijn team goede hoop dat het detecteren en bestuderen van meer van deze röntgenecho's van achter de bocht ons zou kunnen helpen om gedeeltelijke of zelfs volledige foto's te maken van verre superzware zwarte gaten. Dat zou hen op zijn beurt kunnen helpen om enkele grote mysteries te ontrafelen over hoe superzware zwarte gaten groeien, hele sterrenstelsels in stand houden en omgevingen creëren waarin de wetten van de fysica tot het uiterste worden gedreven.
Correctie 8/3/21: In de eerste versie van dit verhaal stond ten onrechte dat Einstein zijn voorspelling deed in 1963. We betreuren de fout.