Wetenschappers hebben de reis van een bundel verdoemde materie samengevoegd terwijl het vier keer rond een zwart gat cirkelde, een eerste waarneming. Hun techniek biedt een nieuwe methode om de massa van een zwart gat te meten; en dit kan het testen van Einsteins zwaartekrachttheorie mogelijk maken in een mate die weinigen voor mogelijk hielden.
Een team onder leiding van Dr. Kazushi Iwasawa van het Institute of Astronomy (IoA) in Cambridge, Engeland, volgde in de loop van een dag het spoor van heet gas terwijl het rond het superzware zwarte gat schoot, ongeveer op dezelfde afstand dat de aarde om de aarde draait. Zon. Versneld door de extreme zwaartekracht van het zwarte gat, nam de baan echter ongeveer een kwart dag in plaats van een jaar in beslag.
De wetenschappers konden de massa van het zwarte gat berekenen door de metingen voor de energie van het licht, de afstand tot het zwarte gat en de tijd die nodig was om het zwarte gat te draaien in te pluggen - een huwelijk van Einsteins algemene relativiteit en goede oude - ouderwetse Kepleriaanse fysica.
Iwasawa en zijn collega van de IoA, Dr. Giovanni Miniutti, presenteren dit resultaat vandaag tijdens een webgebaseerde persconferentie in New Orleans tijdens de bijeenkomst van de High Energy Astrophysics Division van de American Astronomical Society. Dr. Andrew Fabian van de IoA voegt zich bij hen in een artikel dat verschijnt in een aanstaande uitgave van de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. De gegevens zijn afkomstig van het XMM-Newton-observatorium van de European Space Agency.
Het team bestudeerde een sterrenstelsel met de naam NGC 3516, ongeveer 100 miljoen lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Ursa Major, de thuisbasis van de Big Dipper (of de ploeg). Er wordt gedacht dat dit sterrenstelsel een superzwaar zwart gat in zijn kern herbergt. Gas in dit centrale gebied gloeit in röntgenstraling terwijl het onder de kracht van de zwaartekracht van het zwarte gat wordt verwarmd tot miljoenen graden.
XMM-Newton legde spectrale kenmerken vast van licht rond het zwarte gat, weergegeven op een spectrograaf met pieken die bepaalde energieniveaus aangeven, vergelijkbaar met de gekartelde lijnen van een cardiograaf. Tijdens de daglange observatie ving XMM een uitbarsting van opgewonden gas in een baan rond het zwarte gat terwijl het vier keer rondsloeg. Dit was het cruciale stukje informatie dat nodig was om de massa van het zwarte gat te meten.
De wetenschappers kenden de afstand van het gas tot het zwarte gat al vanaf het spectrale kenmerk. (De mate van zwaartekracht roodverschuiving, of energiedrain onthuld door de spectraallijn, hangt samen met hoe dicht een object bij een zwart gat is.) Met een omlooptijd en -afstand konden de wetenschappers een massameting vastleggen - tussen 10 miljoen en 50 miljoen zonsmassa's, in overeenstemming met waarden verkregen met andere technieken.
Hoewel de berekening eenvoudig is, is de analyse om de omloopperiode van een röntgenfakkel te begrijpen nieuw en ingewikkeld. In wezen ontdekten de wetenschappers een cyclus die vier keer werd herhaald: een modulatie in de lichtintensiteit vergezeld van een oscillatie in de lichtenergie. De waargenomen energie en cyclus passen in het profiel van licht dat door zwaartekracht rood is verschoven (energie door zwaartekracht steelt) en Doppler verschoof (winst en verlies van energie naarmate materie in een baan om ons heen beweegt).
De analysetechniek impliceert, tot verbazing van dit wetenschapsteam, dat de huidige generatie röntgenobservatoriums aanzienlijke winst kan boeken bij het meten van de massa van zwart gaten, zij het met lange waarnemingen en zwartgatsystemen met langdurige uitbarstingen. Voortbouwend op deze informatie kunnen voorgestelde missies zoals Constellation-X of XEUS dieper ingaan op het testen van Einsteins wiskunde in het laboratorium van extreme zwaartekracht.
Oorspronkelijke bron: Institute of Astronomy News Release
