In een internationale samenwerking tussen Japan en Zweden, wetenschappers hebben verduidelijkt hoe zwaartekracht de vorm van materie in de buurt van het zwarte gat in het binaire systeem Cygnus X-1 beïnvloedt. Hun bevindingen, die zijn gepubliceerd in Natuurastronomie deze maand, kan wetenschappers helpen de fysica van sterke zwaartekracht en de evolutie van zwarte gaten en sterrenstelsels beter te begrijpen.

Nabij het centrum van het sterrenbeeld Cygnus bevindt zich een ster in een baan om het eerste zwarte gat dat in het universum is ontdekt. Samen, ze vormen een binair systeem dat bekend staat als Cygnus X-1. Dit zwarte gat is ook een van de helderste bronnen van röntgenstraling aan de hemel. Echter, de geometrie van de materie die aanleiding geeft tot dit licht was onzeker. Het onderzoeksteam onthulde deze informatie van een nieuwe techniek genaamd röntgenpolarimetrie.

Een foto maken van een zwart gat is niet eenvoudig. Voor een ding, het is nog niet mogelijk om een ​​zwart gat waar te nemen omdat er geen licht aan kan ontsnappen. Liever, in plaats van het zwarte gat zelf te observeren, wetenschappers kunnen licht waarnemen dat afkomstig is van materie in de buurt van het zwarte gat. In het geval van Cygnus X-1, deze materie komt van de ster die dicht om het zwarte gat draait.

Het meeste licht dat we zien, zoals van de zon, trilt in vele richtingen. Polarisatie filtert licht zodat het in één richting trilt. Dit is hoe sneeuwbrillen met gepolariseerde lenzen skiërs gemakkelijker laten zien waar ze de berg afdalen - ze werken omdat het filter het licht dat weerkaatst wordt door de sneeuw afsnijdt.

"Het is dezelfde situatie met harde röntgenstralen rond een zwart gat, Hiroshima University Assistant Professor en studie coauteur Hiromitsu Takahashi zei. "Echter, harde röntgenstralen en gammastralen die van dichtbij het zwarte gat komen, dringen door dit filter heen. Er bestaat niet zo'n 'bril' voor deze stralen, dus we hebben een ander speciaal soort behandeling nodig om deze verstrooiing van licht te richten en te meten."

Het team moest uitzoeken waar het licht vandaan kwam en waar het verstrooid werd. Om beide metingen uit te voeren, ze lanceerden een röntgenpolarimeter op een ballon genaamd PoGO+. Vanaf daar, het team kon samenvoegen welk deel van de harde röntgenstralen weerkaatste van de accretieschijf en de vorm van de materie identificeren.

Twee concurrerende modellen beschrijven hoe materie in de buurt van een zwart gat eruit kan zien in een binair systeem zoals Cygnus X-1:de lantaarnpaal en het uitgebreide model. In het lantaarnpaalmodel de corona is compact en nauw verbonden met het zwarte gat. Fotonen buigen naar de accretieschijf, wat resulteert in meer gereflecteerd licht. In het uitgebreide model de corona is groter en verspreidt zich rond de nabijheid van het zwarte gat. In dit geval, het gereflecteerde licht door de schijf is zwakker.

Omdat het licht niet zo veel buigt onder de sterke zwaartekracht van het zwarte gat, het team concludeerde dat het zwarte gat in het uitgebreide corona-model past.

Met deze informatie, kunnen de onderzoekers meer kenmerken van zwarte gaten ontdekken. Een voorbeeld is de spin. De effecten van spin kunnen de ruimte-tijd rond het zwarte gat wijzigen. Spin zou ook aanwijzingen kunnen geven over de evolutie van het zwarte gat. Het zou in snelheid kunnen vertragen sinds het begin van het universum, of het kan materie ophopen en sneller ronddraaien.

"Het zwarte gat in Cygnus is een van de vele, "Zei Takahashi. "We zouden graag meer zwarte gaten willen bestuderen met behulp van röntgenpolarimetrie, zoals die dichter bij het centrum van sterrenstelsels. Misschien begrijpen we de evolutie van zwarte gaten beter, evenals de evolutie van de melkweg."