Med hjälp av IBIS-teleskopet ombord på Europeiska rymdorganisationens INTEGRAL-satellit har forskare rapporterat om de första polarisationsmätningarna från ett binärt system med svart hål, som består av ett svart hål och en normal stjärna som går runt ett gemensamt masscentrum.
De nya observationerna avslöjar att den kaotiska regionen är gängad av magnetfält och representerar första gången magnetfält har identifierats så nära ett svart hål. Viktigast av allt är att Integral visar att de är mycket strukturerade magnetfält som bildar en flyktunnel för hett material som annars skulle kasta in i det svarta hålet inom millisekunder.
Philippe Laurent är forskare vid Institute for Research in the Fundamental Laws of the Universe (IRFU), vid CEA i Frankrike. Han är huvudförfattare på papperet, som visas idag iScience Express.
Laurent och hans kollegor upptäckte polariserade gammastrålfotoner som kom från Cygnus X-1 (19h 58m 21.6756s + 35 ° 12 ′ 05.775 ″), ett välkänt binärt röntgensystem i svart hål i konstellationen Cygnus. De antyder att den polariserade emissionen härstammar från en stråle av relativistiska partiklar i närheten av det svarta hålet.
Diagrammet ovan hänvisar till teamets resultat: ”Medan foton med låg energi verkar inte vara polariserade (den inbyggda linjen till vänster är bara platt), de högre energin är starkt polariserade (insättningslinjen till höger verkar vara sinusformad) ), och därmed borde relateras till jet, ”skrev Laurent i ett e-postmeddelande.
Författarna avslöjar mer detaljer genom uppsatsen: "Spektral modellering av uppgifterna avslöjar två utsläppsmekanismer: 250-400 keV-data överensstämmer med utsläpp dominerat av Compton-spridning på termiska elektroner och är svagt polariserade," skriver de. "Den andra spektralkomponenten som ses i 400keV-2MeV-bandet är däremot starkt polariserad, vilket avslöjar att MeV-utsläppet troligen är relaterat till den jet som först upptäcktes i radiobandet."
Deras bevis pekar på att det svarta hålets magnetfält är tillräckligt starkt för att riva bort partiklar från det svarta hålets gravitationskopplingar och truta dem utåt, vilket skapar materialstrålar som skjuter ut i rymden, enligt ett ESA-pressmeddelande. Partiklarna i strålarna dras in i spiralbanor när de klättrar upp magnetfältet till frihet och detta påverkar en egenskap hos deras gammastrålningsljus, så kallad polarisering.
En gammastråle, som vanligt ljus, är en typ av våg, och vågens orientering är känd som dess polarisering. När en snabb partikel spiraler i ett magnetfält producerar den ett slags ljus, känd som synkrotronemission, som visar ett karakteristiskt polarisationsmönster. Det är denna polarisering som laget har hittat i gammastrålarna. Det var en svår observation att göra.
"Vi var tvungna att använda nästan varje observation som Integral någonsin har gjort av Cygnus X-1 för att upptäcka detta," säger Laurent.
Dessa upprepade observationer av det svarta hålet samlas över sju år och samlar nu över fem miljoner sekunders observationstid, vilket motsvarar att ta en enda bild med en exponeringstid på mer än två månader. Lores team lagde dem alla tillsammans för att skapa en sådan exponering.
”Vi vet fortfarande inte exakt hur den infalling saken förvandlas till jetstrålarna. Det finns en stor debatt bland teoretikerna; dessa observationer kommer att hjälpa dem att besluta, säger Laurent.
Strålar runt svarta hål har tidigare sett av radioteleskop men sådana observationer kan inte se det svarta hålet i tillräcklig detalj för att veta exakt hur nära det svarta hålet jets kommer från. Det gör dessa nya observationer ovärderliga. Sådana polarisationsmätningar kan ge direkt inblick i naturen hos många astrofysiska processer och forskarna säger att deras upptäckt i framtiden skulle kunna öka vår förståelse av utsläppsmekanismerna för Cygnus X-1, en modell för andra svarthålsbinarier i universum.
Källa: Vetenskap. Uppsatsen visas idag, kl Science Express hemsida.
