Forskare har sammanfört resan i ett bunt av dömd materia när det kretsade runt ett svart hål fyra gånger, en observationsförstärkning först. Deras teknik ger en ny metod för att mäta massan på ett svart hål; och detta kan möjliggöra testning av Einsteins tyngdkraft i så få grad som möjligt.
Ett team som leddes av Dr. Kazushi Iwasawa vid Institutet för astronomi (IoA) i Cambridge, England, följde spåret med het gas under en dag då det piskade runt det supermassiva svarta hålet ungefär på samma avstånd som jorden kretsar kring Sol. Snabbt av det svarta hålets extrema tyngd tog emellertid banan cirka en kvarts dag istället för ett år.
Forskarna kunde beräkna massan på det svarta hålet genom att ansluta mätningarna för ljusets energi, dess avstånd från det svarta hålet och tiden det tog att kretsa runt det svarta hålet - ett äktenskap med Einsteins allmänna relativitet och goda gamla- moderiktig keplerisk fysik.
Iwasawa och hans kollega vid IoA, Dr Giovanni Miniutti, presenterar detta resultat idag under en webbaserad presskonferens i New Orleans vid mötet med High Energy Astrophysics Division i American Astronomical Society. Dr. Andrew Fabian från IoA går med dem på en artikel som visas i en kommande utgåva av de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society. Uppgifterna kommer från Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-observatorium.
Teamet studerade en galax med namnet NGC 3516, cirka 100 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Ursa Major, hem till Big Dipper (eller, Plogen). Denna galax tros innehålla ett supermassivt svart hål i sin kärna. Gas i denna centrala region lyser i röntgenstrålning när den värms upp till miljoner grader under kraften av det svarta hålets tyngdkraft.
XMM-Newton fångade spektralfunktioner från ljus runt det svarta hålet, visat på en spektrograf med spikar som indikerar vissa energinivåer, som liknar utseende till de taggade linjerna i en kardiograf. Under den dagslånga observationen fångade XMM en floss från upphetsad gas som kretsade runt det svarta hålet när det piskade runt fyra gånger. Detta var den avgörande informationen som behövdes för att mäta det svarta hålsmassan.
Forskarna visste redan avståndet från gasen från det svarta hålet från dess spektrala drag. (Graden av gravitationsrödförskjutning, eller energiförsörjning som avslöjas av den spektrala linjen, är relaterad till hur nära ett objekt är ett svart hål.) Med en omloppstid och avstånd kunde forskarna fästa en massmätning - mellan 10 miljoner och 50 miljoner solmassor, i överensstämmelse med värden erhållna med andra tekniker.
Medan beräkningen är enkel är analysen för att förstå orbitalperioden för en röntgenstrålning ny och komplicerad. I huvudsak upptäckte forskarna en cykel som upprepades fyra gånger: en modulering i ljusets intensitet åtföljd av en svängning i ljusets energi. Den observerade energin och cykeln passar profilen för lätt gravitationsröd förskjutning (tyngdkraftsstjälenergi) och Doppler skiftade (en ökning och förlust i energi när kretsar rör sig mot och bort från oss).
Analystekniken innebär, till detta forskningsgrupps överraskning, att den nuvarande generationen av röntgenobservatorier kan göra betydande vinster när det gäller att mäta svarthålsmassa, om än med långa observationer och svarthålssystem med långvariga fällningar. Genom att bygga på denna information kan föreslagna uppdrag som Constellation-X eller XEUS göra djupare inväg för att testa Einsteins matematik i laboratoriet för extrem tyngdkraft.
Originalkälla: Institute of Astronomy News Release
