Hoe ziet de omgeving rond een zwart gat er echt uit? Astronomen krijgen een beter idee door het licht te observeren dat afkomstig is van de accretieschijf rond zwarte gaten. Het licht is niet constant - het flakkert, sputtert en fonkelt - en dit flikkeren geeft nieuwe en verrassende inzichten in de kolossale hoeveelheid energie die rond zwarte gaten komt. Door in kaart te brengen hoe goed de variaties in zichtbaar licht overeenkomen met die in röntgenstralen op zeer korte tijdschalen, hebben astronomen aangetoond dat magnetische velden een cruciale rol moeten spelen in de manier waarop zwarte gaten materie inslikken.
"Het snelle flikkeren van licht uit een zwart gat wordt meestal waargenomen bij röntgengolflengten", zegt Poshak Gandhi, die het internationale team leidde dat deze resultaten rapporteert. "Deze nieuwe studie is een van de weinige tot nu toe die ook de snelle variaties in zichtbaar licht onderzoekt, en vooral hoe deze fluctuaties zich verhouden tot die in röntgenstralen."
De waarnemingen volgden het flikkeren van de zwarte gaten tegelijkertijd met behulp van twee verschillende instrumenten, één op de grond en één in de ruimte. De röntgengegevens zijn genomen met behulp van NASA's Rossi X-ray Timing Explorer-satelliet. Het zichtbare licht werd opgevangen met de hogesnelheidscamera ULTRACAM, een bezoekend instrument bij ESO's Very Large Telescope (VLT), die tot 20 beelden per seconde opnam. ULTRACAM is ontwikkeld door teamleden Vik Dhillon en Tom Marsh. 'Dit zijn een van de snelste waarnemingen van een zwart gat ooit verkregen met een grote optische telescoop', zegt Dhillon.
Tot hun verbazing ontdekten astronomen dat de helderheidsfluctuaties in het zichtbare licht zelfs sneller waren dan die bij röntgenstralen. Bovendien bleken de variaties in zichtbaar licht en röntgenstralen niet gelijktijdig te zijn, maar volgden ze een herhaald en opmerkelijk patroon: net voor een röntgenflits doofde het zichtbare licht af en schommelde vervolgens naar een heldere flits voor een klein beetje fractie van een seconde voordat het snel weer afneemt.
Bekijk een filmpje van de schommelingen.
Niets van deze straling komt rechtstreeks uit het zwarte gat, maar uit de intense energiestromen van elektrisch geladen materie in de buurt. De omgeving van een zwart gat wordt constant hervormd door concurrerende krachten zoals zwaartekracht, magnetisme en explosieve druk. Als gevolg hiervan varieert het licht dat wordt uitgestraald door de hete materiestromen op een verwarde en lukrake manier in helderheid. "Maar het patroon dat in deze nieuwe studie wordt gevonden, heeft een stabiele structuur die opvalt te midden van een anderszins chaotische variabiliteit, en kan dus vitale aanwijzingen opleveren over de dominante onderliggende fysieke processen in actie", zegt teamlid Andy Fabian.
De emissie van zichtbaar licht uit de buurten van zwarte gaten werd algemeen beschouwd als een secundair effect, waarbij een primaire röntgenuitbarsting het omringende gas verlichtte dat vervolgens in het zichtbare bereik scheen. Maar als dit zo was, zouden alle variaties in zichtbaar licht achterblijven bij de röntgenvariabiliteit en zouden ze veel langzamer pieken en vervagen. "Het snelle flikkeren van zichtbaar licht dat nu wordt ontdekt, sluit dit scenario voor beide onderzochte systemen onmiddellijk uit", stelt Gandhi. "In plaats daarvan moeten de variaties in de röntgenstraling en de zichtbare lichtoutput een gemeenschappelijke oorsprong hebben, en een heel dicht bij het zwarte gat zelf."
Sterke magnetische velden vertegenwoordigen de beste kandidaat voor het dominante fysieke proces. Als een reservoir kunnen ze de energie absorberen die vrijkomt in de buurt van het zwarte gat en deze opslaan totdat deze kan worden afgevoerd als heet (multi-miljoen graden) röntgenstralend plasma, of als stromen geladen deeltjes die zich dichtbij de snelheid van het licht. De verdeling van energie in deze twee componenten kan resulteren in het karakteristieke patroon van röntgenstraling en variaties in zichtbaar licht.
Papers over dit onderzoek: Here and Here
Bron: ESO
