Astronomer er vidne til supermassive sorte hul, der affyrer jetfly med 99 % lysets hastighed

Den kendte sort hul i hjertet af M87-galaksen udsender stråler af materiale, der bevæger sig tæt på lysets hastighed.

Det sorte hul i hjertet af Messier 87-galaksen bærer navnet M87*, og astronomer har observeret det i lang tid. Sidste år tog Event Horizon Telescope et billede af M87*, det første billede nogensinde af et sort hul. Det billede tilføjede kun M87*'s berømmelse.

(Event Horizon Telescope Collaboration)

M87 er også kendt som Jomfru A eller NGC 4486. Det er en superkæmpe elliptisk galakse i stjernebilledet Jomfruen, omkring 53 millioner lysår væk fra os. M87 spænder over omkring 240.000 lysår, lidt mere end Mælkevejen.

Det er omgivet af utrolige 12.000 kugleformede stjernehobe, sammenlignet med Mælkevejens sølle 200. Ligesom andre elliptiske linjer, mener forskere, at M87 voksede så massiv gennem fusioner.

M87* (M87-stjerne) er et supermassivt sort hul (SMBH) i centrum af M87 med en af ​​de højeste masser af enhver SMBH. Den er omkring 6,5 milliarder gange mere massiv end Solen. M87* er 55 millioner lysår væk og udsender en relativistisk stofstråle, der strækker sig omkring 5.000 lysår ud i rummet.

For år siden fangede Hubble et velkendt sammensat billede af strålen i både synligt og infrarødt lys.

En 5000 lysår lang jet slynget ud fra M87. (NASA/The Hubble Heritage Team/STScI/AURA)

Astronomer har i årevis set M87*'s jet af materiale i forskellige bølgelængder: radio, optisk og røntgen. Nu viser Chandra røntgenobservationer for første gang, at dele af dette jetfly bevæger sig med mere end 99 procent af lysets hastighed.

'Dette er første gang, at sådanne ekstreme hastigheder af et sort huls jetfly er blevet registreret ved hjælp af røntgendata,' sagde Ralph Kraft fra Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i Cambridge, i en pressemeddelelse . 'Vi havde brug for Chandras skarpe røntgensyn for at foretage disse målinger.'

Kraft præsenterede for nylig disse nye resultater på mødet i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii. Resultaterne er også offentliggjort i et papir med titlen ' Detektion af Superluminal Motion i X-Ray Jet af M87 ' i Astrofysisk tidsskrift .

Hvad forårsager jetflyene?

Et sort hul som M87* trækker materiale mod sig i midten af ​​galaksen. Når materialet nærmer sig, begynder det at rotere rundt om det sorte hul i en struktur kaldet an accretion disk . Men det materiale er ikke dømt til at blive suget ind i hullet.

Kun en lille mængde af det falder ind, mens noget af det slynges ud i rummet igen. Det udstødte materiale har form af en stråle eller en stråle, der følger magnetiske feltlinjer. Disse jetfly er ikke glatte og funktionsløse: de har klumper eller knuder, som observatorier som Chandra kan se.

To af disse knob er af særlig interesse for astronomer. De har brugt billeder gennem årene til at spore bevægelsen af ​​disse knob. De er henholdsvis omkring 900 og 2.500 lysår fra SMBH.

Røntgendata fra Chandra-observatoriet viser, at knuderne bevæger sig med utrolige hastigheder: 6,3 gange lysets hastighed for den knude, der er tættest på midten, og 2,4 gange lysets hastighed for den anden.

Vente. Intet rejser hurtigere end lysets hastighed

Men det er umuligt. Intet rejser hurtigere end lysets hastighed. Det er selvfølgelig rigtigt, så her må der ske noget andet.

At noget andet hedder ' superluminal bevægelse '.

'En af fysikkens ubrydelige love er, at intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed,' sagde studiemedforfatter Brad Snios, også fra CfA. 'Vi har ikke brudt fysikken, men vi har fundet et eksempel på et fantastisk fænomen kaldet superluminal bevægelse.'

Superluminal bevægelse involverer objektets hastighed og dets vej i forhold til vores synslinje. Når et objekt, i dette tilfælde materialestrålen, bevæger sig tæt på lysets hastighed og tæt på vores synslinje, skaber det en illusion kaldet superluminal bevægelse.

Det skyldes, at selve materialestrålen bevæger sig næsten lige så hurtigt som det lys, den genererer. Da M87*'s jetfly peger næsten lige mod os, genererer det disse tilsyneladende umulige hastigheder.

(NASA/Wikimedia)

Astronomer har før set disse jetfly bevæge sig med disse hastigheder, men aldrig i røntgenlys. Det betyder, at de aldrig har været sikre på, at det var selve materialeklumperne, der bevægede sig med 99 procent af lysets hastighed. Det kunne have været chokbølger frem for klumperne.

Strålen fra M87* bevæger sig i et spiralmønster rundt om et magnetfelt, og det var med til at tydeliggøre hastigheden af ​​jetflyene. I røntgenobservationerne så holdet bag undersøgelsen, at funktionen med den højeste observerede hastighed - 6,3 gange lysets hastighed - falmede med mere end 70 procent mellem 2012 og 2017.

Faldningen skete kun i røntgenstråler, ikke i optiske og UV-stråler, og er sandsynligvis forårsaget af, at partiklerne taber energi over tid, når de spiraler rundt i magnetfeltet.

Det fænomen kaldes synkrotronkøling. Hvad det betyder er, at astronomerne så røntgenstråler fra de samme partikler på forskellige tidspunkter, hvilket betyder, at det, de observerer, ikke kan være en bølge, og det skal være partiklerne i selve jetstrålen.

'Vores arbejde giver det hidtil stærkeste bevis på, at partikler i M87*'s jetfly faktisk rejser tæt på den kosmiske hastighedsgrænse', sagde Snios.

Chandra, EHT og M87*

Chandra-dataene og Event Horizon-teleskopet supplerer hinanden fint, når det kommer til at studere M87*. Da EHT afbildede begivenhedshorisontens ring omkring det sorte hul, var det et seks-dages øjebliksbillede.

Men Chandra-studiet af jetflyet ser på materiale, der blev slynget ud af M87* hundreder og endda tusinder af år tidligere.

EHT-billedet er også omkring 100 millioner gange mindre end det jetfly, som Chandra har afbildet.

'Det er som om Event Horizon-teleskopet giver et nærbillede af en raketkaster,' sagde CfA's Paul Nulsen, en anden medforfatter af undersøgelsen, 'og Chandra viser os raketterne under flyvning.'

Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Universet i dag . Læs original artikel .