Hela himlen är fylld med en diffus glöd med hög energi: den kosmiska röntgenbakgrunden. Under de senaste åren kunde astronomerna visa att denna strålning nästan helt kan associeras med enskilda föremål. På samma sätt löstes Galileo Galilei i början av 1600-talet ljuset på Vintergatan till enskilda stjärnor. Röntgenbakgrunden har sitt ursprung i hundratals miljoner supermassiva svarta hål, som matas från materia i centrum för avlägsna galaxsystem. Eftersom de svarta hålen förvärvar massan, observerar vi dem i röntgenbakgrunden under deras tillväxtfas. I dagens universum finns massiva svarta hål i centrum för praktiskt taget alla närliggande galaxer.
När materien rusar ner i avgrunden av ett svart hål, rusar det runt den kosmiska malströmmen nästan med ljusets hastighet och värms upp så starkt att den avger sitt "sista rop om hjälp" i form av högenergistrålning, innan det försvinner för evigt. Därför är de förmodligen osynliga svarta hålen bland universums mest lysande föremål, om de matas väl i centrum för så kallade aktiva galaxer. De kemiska kaliumelementen i ämnet avger röntgenstrålar med en karakteristisk våglängd och kan därför identifieras genom deras spektrala fingeravtryck. Elementets järnatomer är ett särskilt användbart diagnostiskt verktyg, eftersom denna metall är vanligast i kosmos och strålar mest intensivt vid höga temperaturer.
På ett sätt som liknar radarfällorna, med vilka polisen identifierar snabba bilar, kan de relativistiska hastigheterna för järnatomer som omkretsar svarta hålet mätas genom en skift i våglängden för deras ljus. Genom en kombination av effekterna som förutspås av Einsteins speciella och allmänna relativitetsteori, förväntas emellertid en karakteristisk breddad, asymmetrisk linjeprofil, dvs ett utsmetat fingeravtryck i röntgenljuset i Black Holes. Special relativitet postulerar att rörliga klockor går långsamt, och allmän relativitet förutsäger att klockor går långsamt i närheten av stora massor. Båda effekterna leder till en förskjutning av ljuset som avges från järnatomer till den längre våglängdsdelen av det elektromagnetiska spektrumet. Men om vi observerar ämnet som cirklar på den så kallade ”ackretionsskivan” (fig. 1) från sidan verkar ljuset från atomerna som rasar mot oss skiftas till kortare våglängder och mycket ljusare än det som rör sig bort från oss. Dessa effekter av relativitet är starkare, ju närmare materien når det svarta hålet. På grund av den böjda rymdtiden är de starkast i snabbt roterande svarta hål. Under de senaste åren har mätningar av relativistiska järnlinjer varit möjliga i några få galaxer i närheten - för första gången 1995 med den japanska ASCA-satelliten.
Nu har forskarna runt Gönther Hasinger från Max-Planck-institutet för utomjordisk fysik, tillsammans med gruppen av Xavier Barcons vid det spanska Instituto de Fica s Cantabria i Santander och Andy Fabian vid Institutet för astronomi i Cambridge, Storbritannien har upptäckt det relativistiskt smetade fingeravtrycket av järnatomer i det genomsnittliga röntgenljuset på cirka 100 avlägsna svarta hål i röntgenbakgrunden (fig. 2). Astrofysikerna använde röntgenobservatoriet XMM-Newton från European Space Agency ESA. De pekade instrumentet mot ett fält i Big Dipper-konstellationen i mer än 500 timmar och upptäckte flera hundra svaga röntgenkällor.
På grund av universums expansion expanderar galaxerna från oss med en hastighet som ökar med deras avstånd och därför uppträder deras spektrallinjer på olika våglängder; astronomerna var först tvungna att korrigera röntgenbelysningen av alla föremål i mjölkvägens viltram. De nödvändiga avståndsmätningarna för mer än 100 objekt erhölls med det amerikanska Keck-Teleskopet. Efter att ha lagt till ljuset från alla föremål, blev forskarna mycket förvånade över den oväntat stora signalen och den karakteristiskt bredda formen på järnlinjen.
Från signalens styrka härledde de fraktionen av järnatomer i den tillhörande saken. Överraskande nog är det kemiska överflödet av järn i "näringen" i dessa relativt unga svarta hål ungefär tre gånger högre än i vårt solsystem, som hade skapats betydligt senare. Galaxernas centra i det tidiga universum måste därför ha haft en särskilt effektiv metod för att producera järn, eventuellt på grund av att våldsam stjärndannande aktivitet "avlar" de kemiska elementen ganska snabbt i aktiva galaxer. Linjens bredd indikerade att järnatomerna måste stråla ganska nära det svarta hålet, i överensstämmelse med snabbt snurrande svarta hål. Denna slutsats hittas också indirekt av andra grupper, som jämförde energin i röntgenbakgrunden med den totala massan av "vilande" svarta hål i närliggande galaxer.
Originalkälla: Max Planck Society nyhetsmeddelande
Vill du uppdatera datorns skrivbordsbakgrund? Här är några svarta bakgrundsbilder.
