Hur är miljön runt ett svart hål egentligen? Astronomer får en bättre idé genom att observera ljuset som kommer från anslagskivan som omger svarta hål. Ljuset är inte konstant - det blossar, sputters och gnistrar - och detta flimrande ger nya och överraskande insikter om den kolossala mängden energi som kommer från runt svarta hål. Genom att kartlägga hur väl variationerna i synligt ljus matchar de i röntgenstrålarna på mycket korta tidsskalor har astronomer visat att magnetfält måste spela en avgörande roll för hur svarta hål sväljer materia.
"Den snabba flimringen av ljus från ett svart hål observeras oftast vid röntgenvåglängder," säger Poshak Gandhi, som ledde det internationella teamet som rapporterar dessa resultat. "Den här nya studien är en av endast en handfull hittills som också utforskar de snabba variationerna i synligt ljus, och, viktigast av allt, hur dessa fluktuationer relaterar till röntgenstrålarna."
Iakttagelserna spårade flimringen av de svarta hålen samtidigt med två olika instrument, ett på marken och ett i rymden. Röntgenuppgifterna togs med hjälp av NASA: s Rossi X-ray Timing Explorer-satellit. Det synliga ljuset samlades upp med höghastighetskameran ULTRACAM, ett besökande instrument på ESO: s Very Large Telescope (VLT), och spelade upp upp till 20 bilder per sekund. ULTRACAM utvecklades av teammedlemmarna Vik Dhillon och Tom Marsh. "Dessa är bland de snabbaste observationerna av ett svart hål som någonsin erhållits med ett stort optiskt teleskop," säger Dhillon.
Till deras överraskning upptäckte astronomer att ljusstyrka-svängningarna i det synliga ljuset var ännu snabbare än de som sågs i röntgenstrålarna. Dessutom konstaterades att synligt ljus och röntgenvariationer inte var samtidigt, utan att följa ett upprepat och anmärkningsvärt mönster: strax innan en röntgenstrålning lyser det synliga ljuset och dämpar sedan till en ljus blixt för en liten bråkdel av en sekund innan den snabbt minskar igen.
Se en film med svängningarna.
Ingen av denna strålning kommer direkt från det svarta hålet, utan från de intensiva energiflödena av elektriskt laddad materia i dess närhet. Miljön i ett svart hål omformas ständigt av konkurrerande krafter som tyngdkraft, magnetism och explosivt tryck. Som ett resultat varierar ljus som släpps ut från de heta materialströmmarna i ljusstyrka på ett förvirrat och slumpmässigt sätt. "Men mönstret som hittades i denna nya studie har en stabil struktur som sticker ut mitt i en annars kaotisk variation, och så kan det ge viktiga ledtrådar om de dominerande underliggande fysiska processerna i handling," säger teammedlem Andy Fabian.
Utsläppen av synligt ljus från grannskapen i svarta hål tycktes allmänt vara en sekundär effekt, med ett primärt röntgenutbrott som upplyste den omgivande gasen som senare lyste i det synliga området. Men om detta var så skulle alla synliga ljusvariationer hålla sig bakom röntgenvariabiliteten och skulle vara mycket långsammare att toppa och blekna bort. "Det snabba synliga ljuset som nu upptäckts utesluter omedelbart detta scenario för båda systemen som studerats," hävdar Gandhi. "Istället måste variationerna i röntgenstrålning och synlig ljusutgång ha ett visst gemensamt ursprung, och en mycket nära själva svarta hålet."
Starka magnetfält representerar den bästa kandidaten för den dominerande fysiska processen. De fungerar som en reservoar och kan suga upp den energi som frigörs nära det svarta hålet och lagra den tills den kan tappas ut antingen som het (flera miljoner grader) röntgenstrålande plasma eller som strömmar av laddade partiklar som reser nära ljusets hastighet. Uppdelningen av energi i dessa två komponenter kan resultera i det karakteristiska mönstret för röntgen och variation av synligt ljus.
Artiklar om denna forskning: Här och här
Källa: ESO
