Kunstnerindtryk af GRB 190114C. (ESA/Hubble, M. Kornmesser) Den populære opfattelse lyder sådan ikke noget kan flygte fra en sort hul . Når først noget passerer begivenhedshorisonten - det såkaldte point of no return - forbliver det der, for evigt, bundet af et gravitationsfelt, end ikke lys kan undslippe.
Men et roterende sort hul genererer enorme mængder energi, som teoretisk set kan udvindes fra ergosfæren, en region, der sidder lige på ydersiden af begivenhedshorisonten. Dette er blevet vist begge deleteoretiskogeksperimentelt- og nu har et hold af astrofysikere fundet, hvad de mener er observationsbevis for det.
Den rygende pistol er den mest kraftfulde gammastråle, vi nogensinde har opdaget,GRB 190114C, en kolossal flare, der klokker ind på omkring en billion elektronvolt (1 TeV), fra 4,5 milliarder lysår væk.
'Gammastråleudbrud, de kraftigste forbigående objekter på himlen, frigiver energier på op til et par 1054erg på få sekunder,' sagde astrofysiker Remo Ruffini af International Center for Relativistic Astrophysics Network (ICRANet) med hovedkontor i Italien.
'Deres lysstyrke i gammastrålerne, i begivenhedens tidsinterval, er lige så stor som lysstyrken af alle stjernerne i det observerbare univers! Gammastråleudbrud er blevet antaget at være drevet af en hidtil ukendt mekanisme, af stjernernes masse sorte huller .'
Sidste år kom Ruffini og hans kolleger med en løsning til denne mekanisme - en proces, de har kaldt en binært drevet hypernova .
Det starter med et tæt binært system bestående af en kulstof-iltstjerne ved slutningen af dens levetid, og en neutronstjerne . Når kulstof-ilt-stjernen går i supernova, kan det udstødte materiale hurtigt slurpes op af den ledsagende neutronstjerne. Således passerer den ledsager det kritiske massepunkt og kollapser i et sort hul, som udsender et udbrud af gammastråler, såvel som stråler af materiale fra dens poler med næsten lyshastighed.
(Kernen af kulstof-ilt-stjernen kollapser til en anden neutronstjerne, hvilket resulterer i en sort hul-neutronstjerne binær.)
Nu, i et nyt papir , Ruffini og hans kolleger ledet af ICRANets Rahim Moradi har beskrevet den mekanisme, der kan udsende et sådant højenergi-gamma-stråleudbrud: accelerationen af partikler langs magnetfeltlinjer, der er arvet fra det sorte huls neutronstjerne. Det magnetiske felt udvinder rotationsenergi fra det sorte huls ergosfære.
'Den nye motor præsenteret i den nye publikation' Ruffini forklarede , 'gør jobbet gennem en rent generel relativistisk, gravito-elektrodynamisk proces: et roterende sort hul, der interagerer med et omgivende magnetfelt, skaber et elektrisk felt, der accelererer omgivende elektroner til ultrahøje energier, hvilket fører til højenergistråling og ultrahøjenergi. kosmiske stråler.'
Relativistiske eller næsten lyshastighedsfly er ikke ualmindelige i aktive galaktiske kerner, de supermassive sorte hul-monstre i kernerne af galakser. Disse jetfly menes at dannes fra akkretionsprocessen, som går som følger.
En enorm skive af materiale hvirvler rundt om det aktive sorte hul og falder ned i det fra den indvendige kant, men ikke alt dette materiale falder ned på det sorte hul. Noget af det, mener astronomerne, ledes og accelereres langs magnetiske feltlinjer rundt om ydersiden af det sorte hul til polerne, hvor det sendes ud i rummet i form af kollimerede jetfly .
Vi vedsorte hullerogneutronstjernerkan have kraftige magnetfelter, og beviserne tyder på, at disse kan fungere som en synkrotron (en type partikelaccelerator). Beviser foreslår også at en magnetfeltsynkrotron spiller en rolle i at udsende et gammastråleudbrud under dannelsen af et sort hul.
Ved at studere GRB 190114C har Moradi og hans team fundet en lignende mekanisme - men snarere end en kontinuerlig emissionsproces er den diskret, gentages igen og igen og frigiver hver gang et kvantum af sort hul-energi for at producere den observerede gammastråleemission efter gammastråleudbrud.
Baseret på observationer af GRB 190114C var holdet i stand til at rekonstruere hændelsesforløbet.
Kulstof-ilt-stjernen bliver supernova, mens kernen kollapser til en neutronstjerne; noget af det udstødte materiale falder tilbage på den nydannede neutronstjerne og frembringer en røntgenstråle - som observeret af Swift-teleskopet.
Noget af materialet falder også ned på neutronstjerne-ledsageren og skubber den over massegrænsen for at danne et sort hul - denne proces ville have været glat og tog kun 1,99 sekunder. Derefter fortsætter materiale med at falde ned på det nydannede sorte hul og producerer et gammastråleudbrud fra 1,99 til 3,99 sekunder.
Endelig resulterer mere materiale, der falder på det sorte hul, i dannelsen af stråler og gammastråling i gigaelektronvoltområdet fra udvindingen af rotationsenergi.
Andre videnskabsmænd kan være uenige i resultaterne; et hold fandt sidste år ud af, at gammastråleudbruddet var resultatet af en kollapsende magnetfelt , for eksempel. Det gælder muligvis ikke engang for alle gammastråleudbrud. Ikke desto mindre ser alle delene ud til at passe meget pænt til observationerne af GRB 190114C.
'Beviset for, at vi kan bruge den ekstraherbare rotationsenergi fra et sort hul til at forklare de højenergistrålede emissioner af gammastråleudbrud og aktive galaktiske kerner står alene,' sagde Ruffini .
'En lang march af successive teoretiske fremskridt og ny fysik opdaget ved hjælp af observationer af GRB'er har bragt dette resultat, som har været [ventet] i omkring 50 år med relativistisk astrofysik.'
Forskningen er publiceret i Astronomi og astrofysik .