Astronomer har upptäckt gammastrålar som strömmar från närheten av det supermassiva svarta hålet i hjärtat av galaxen M87. Ett speciellt instrument som heter H.E.S.S., beläget i Namibia, kan upptäcka när dessa strålar träffar vår atmosfär och spåra källan. Astronomer har bestämt att en region som inte är mycket större än vårt solsystem runt det svarta hålet är ansvarig för denna utströmning av gammastrålar; det svarta hålet fungerar som en kosmisk partikelaccelerator.
Ett internationellt team av astrofysiker från H.E.S.S. samarbete har meddelat upptäckten av kortvarig variation i flödet av mycket högenergi (VHE) gamma-strålar från radiogalaxen M 87. I Namibia har samarbetet byggt och drivit ett detekteringssystem, känt som Cherenkov-teleskop, som tillåter att dessa gammastrålar detekteras från marknivå (se anmärkningar). Pekar detta system mot en närliggande galax, M 87, har teamet upptäckt VHE-gammastrålar under de senaste fyra åren. Den verkliga överraskningen är dock att intensiteten i utsläppen kan ses drastiskt förändras inom några dagar ibland.
Den gigantiska radiogalaxen M 87
Denna galax, som ligger 50 miljoner ljusår bort i konstellationen Virgo, har ett supermassivt svart hål på 3 tusen miljoner solmassor som en stråle av partiklar och magnetfält kommer ut från. Till skillnad från tidigare observerade extragalaktiska källor för VHE-gammastrålar - känd som Blazars - pekar strålen i M 87 inte mot jorden utan ses i en vinkel på cirka 30 °. I Blazars antas gammastrålar släppas ut i strålen, kollimeras runt jetriktningen och förstärkas i deras energi och intensitet av den relativistiska rörelsen av jetpartiklar. M 87 representerar därför en ny typ av extragalaktisk gammastrålekälla.
En första indikation på VHE-gammastråleutsläpp från M 87 sågs 1998 med HEGRA Cherenkov-teleskop (ett av föregångsexperimenten till H.E.S.S.). Med H.E.S.S. resultat dessa indikationer bekräftas nu med större förtroende. Flödet av VHE-gammastrålar från M 87 är ganska svagt; ingen annan radiogalax sågs hittills i VHE-gammastrålar, förmodligen för att de flesta är mer avlägsna än den relativt närliggande M 87.
Vilken kort tidsskalavariabilitet berättar för oss
Tidsskalan för variation är en indikator för den maximala storleken på utsläppsregionen. Eftersom gammastrålar från den bakre änden av utsläppsregionen rör sig längre tills de når oss, kan varierbarhetens skalor inte vara mycket kortare än den tid gammastrålarna kräver för att korsa utsläppsregionen. Sådana variabilitetsmätningar används ofta för att begränsa utsläppsplatsens storlek i avlägsna objekt, ofta till större noggrannhet än genom att mäta objektets storlek baserat på vinkelförlängningen på himlen. Tidsskalan för variationer på några dagar sett av H.E.S.S. i M 87 är extremt kort, kortare än detekteras vid någon annan våglängd. Detta säger oss att storleken på den region som producerar VHE-gammastrålar är ungefär storleken på vårt solsystem (1013 m, bara cirka 0,000001% av storleken på hela radiogalaxen M 87). "Det här är inte mycket större än händelseshorisonten för det supermassiva svarta hålet i mitten av M 87" säger Matthias Beilicke, H.E.S.S. forskare som arbetar vid universitetet i Hamburg.
Denna observation gör omedelbar närhet av det centrala svarta hålet på M 87 till det mest sannolika stället för produktion av VHE-gammastrålar; andra strukturer i strålarna i M 87 tenderar att ha större skalor. Produktionsprocessernas fysik har ännu inte fastställts och helt nya mekanismer kan åberopas på grund av närheten av det svarta hålet som denna upptäckt av H.E.S.S. teamet har demonstrerat. Det är troligt att vi har att göra med en annan produktionsmekanism än för Blazars, vars strålar pekar mot oss. I denna region nära det svarta hålet skapar det ämne som förenas från det svarta hålet också den relativistiska plasmastrålen - en process som i allmänhet ännu inte är helt förstått. Att gammastrålar kan fly från denna våldsamma region kan verka överraskande, men det är möjligt eftersom det svarta hålet i M 87 förvärvar materien i relativt låg takt jämfört med andra svarta hål. Man kan inte heller utesluta att relativistiska effekter som de som äger rum i andra extragalaktiska källor bidrar på någon nivå, men med tanke på att strålen inte pekar mot oss är stora relativistiska effekter osannolika.
H.E.S.S. leder vägen
Med detta och föregående upptäckter av extragalaktiska källor har H.E.S.S. leder vägen för att förstå de processer som är involverade i hur dessa extraordinära energifotoner produceras. Radiogalaxen M 87 är ett utmärkt laboratorium för att studera kärnan i dessa galaxer, med deras supermassiva svarta hål som fungerar som motorer för att påskynda partiklar till extremt höga energier, vilket ger ut VHE-gammastrålar under processen. Det här objektet kan studeras och jämföras med de många, men mer avlägsna Blazars där jetstrålen döljer vår syn på den centrala källan. För M 87 vet vi nu att vi har en tydlig bild av centralmotorn med H.E.S.S., vilket leder till en bättre förståelse av alla extragalaktiska VHE-gammastrålekällor.
Originalkälla: Max Planck Society nyhetsmeddelande
