Internationellt samarbete mellan Japan och Sverige har bidragit till att klargöra hur gravitationen påverkar materiens form runt ett svart hål i Cygnus X-1-binären. Deras resultat, som publicerades i Nature Astronomy den här månaden, kommer att hjälpa forskare att förstå fysiken med stark gravitation och utvecklingen av svarta hål och galaxer.
Nära mitten av konstellationen Cygnus är en stjärna som kretsar kring det första svarta hålet som finns i universum. Tillsammans bildar de ett binärt system som kallas Cygnus X-1. Detta svarta hål är också en av de ljusaste röntgenkällorna på himlen. Emellertid var materiens geometri som genererar detta ljus osäker. Forskargruppen avslöjade denna information tack vare en ny röntgenpolarimetriteknik.
Att ta en bild av ett svart hål är inte lätt. För det första kan ett svart hål inte ses eftersom ljus inte kan lämna det. Istället för att iaktta det svarta hålet i sig kan forskare observera ljus som kommer från materia bredvid det. När det gäller Cygnus X-1 kommer detta ljus att avges av en stjärna nära det svarta hålet.
Det mesta av ljuset vi ser vibrerar i många riktningar. Polarisering filtrerar ljus så att det vibrerar i en riktning. Detta liknar hur snöglasögon med polariserade linser hjälper skidåkare att se vart de ska nerför berget eftersom filtret sprider snön som reflekterar från snön.
"Det är detsamma med hårda röntgenstrålar nära ett svart hål", säger medförfattare Hiromitsu Takahashi.”Men det här filtret får hårda röntgenstrålar och gammastrålar från det svarta hålet. Inga glasögon kommer att rädda dig från dessa strålar, så vi behöver en annan speciell anordning för att mäta denna ljusspridning."
Teamet behövde ta reda på var ljuset kommer ifrån och var det sprids. För båda mätningarna användes en PoGO + röntgenballongpolarimeter. Två konkurrerande modeller beskriver hur materien ser ut bredvid ett svart hål i ett binärt system som Cygnus X-1: lampstolpen och den utökade modellen. I lampstolpen är korona kompakt och nära besläktad med det svarta hålet. Fotonerna är böjda mot ackretionsskivan, vilket resulterar i mer ljusreflektion. I den utökade modellen är korona större och sprider sig runt det svarta hålet. Ljuset som reflekteras av skivan är svagare. Eftersom ljus inte böjde mycket i det svarta hålets starka gravitation, drog teamet slutsatsen att det svarta hålet följer den utökade koronamodellen.
Kampanjvideo:
Ilya Khel
