Een internationaal team van astronomen, geleid door de Universiteit van Southampton, hebben ultramoderne camera's gebruikt om een ​​film met hoge framesnelheid te maken van een groeiend zwart-gatsysteem met een nog nooit eerder gezien detailniveau. Daarbij ontdekten ze nieuwe aanwijzingen om de directe omgeving van deze raadselachtige objecten te begrijpen. De wetenschappers publiceren hun werk in een nieuw artikel in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Zwarte gaten kunnen zich voeden met een nabije ster en enorme accretieschijven van materiaal creëren. Hier, het effect van de sterke zwaartekracht van het zwarte gat en het eigen magnetische veld van het materiaal kan ervoor zorgen dat snel veranderende stralingsniveaus door het systeem als geheel worden uitgezonden.

Deze straling werd gedetecteerd in zichtbaar licht door het HiPERCAM-instrument op de Gran Telescopio Canarias (La Palma, Canarische Eilanden) en in röntgenfoto's door NASA's NICER-observatorium aan boord van het internationale ruimtestation.

Het bestudeerde zwarte gatensysteem heet MAXI J1820+070, en werd voor het eerst ontdekt begin 2018. Het is slechts ongeveer 10, 000 lichtjaren verwijderd, in onze eigen Melkweg. Het heeft de massa van ongeveer 7 zonnen, hiermee stortte het in tot een ruimtegebied dat kleiner was dan de City of London.

Het onderzoeken van deze systemen is meestal erg moeilijk, omdat ze door hun afstanden te zwak en te klein zijn om te zien - zelfs niet met de Event Horizon Telescope, die onlangs een foto maakte van het zwarte gat in het centrum van de melkweg M87. De HiPERCAM- en NICER-instrumenten lieten de onderzoekers echter 'films' opnemen van het veranderende licht van het systeem met meer dan driehonderd frames per seconde, het vastleggen van gewelddadig 'gekraak' en 'opflakkeren' van zichtbaar licht en röntgenlicht.

John Paice, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Southampton en het Interuniversitair Centrum voor Astronomie &Astrofysica in India was de hoofdauteur van de studie waarin deze resultaten werden gepresenteerd, en ook de artiest die de film heeft gemaakt. Hij legde het werk als volgt uit:"De film is gemaakt met behulp van echte gegevens, maar vertraagd tot 1/10e van de werkelijke snelheid om de snelste fakkels door het menselijk oog waar te nemen. We kunnen zien hoe het materiaal rond het zwarte gat zo helder is, het overtreft de ster die het verteert, en de snelste flikkeringen duren slechts een paar milliseconden - dat is de output van honderd zonnen en meer die in een oogwenk worden uitgezonden."

Onderzoekers ontdekten ook dat dalingen in röntgenniveaus gepaard gaan met een toename van zichtbaar licht (en vice versa). En de snelste flitsen in zichtbaar licht bleken een fractie van een seconde na röntgenfoto's te verschijnen. Dergelijke patronen onthullen indirect de aanwezigheid van verschillend plasma, extreem heet materiaal waar elektronen van atomen worden gestript, in structuren diep in de omhelzing van de zwaartekracht van het zwarte gat, anders te klein om op te lossen.

Dit is niet de eerste keer dat dit is gevonden; een fractie van een seconde verschil tussen röntgenstraling en visueel licht is waargenomen in twee andere systemen met zwarte gaten, maar dit is nog nooit op dit detailniveau waargenomen. Leden van dit internationale team hebben de afgelopen tien jaar een voortrekkersrol gespeeld op dit gebied. Dokter Poshak Gandhi, ook van Southampton, vond dezelfde vluchtige maatsoorten ook in de twee vorige systemen.

Hij becommentarieerde het belang van deze bevindingen:"Het feit dat we dit nu in drie systemen zien, versterkt het idee dat het een verenigend kenmerk is van dergelijke groeiende zwarte gaten. Als het waar is, dit moet ons iets fundamenteels vertellen over hoe plasmastromen rond zwarte gaten werken.

"Onze beste ideeën roepen een diepe verbinding op tussen inspirerende en uitstromende stukjes plasma. Maar dit zijn extreme fysieke omstandigheden die we niet kunnen repliceren in aardse laboratoria, en we begrijpen niet hoe de natuur dit regelt. Dergelijke gegevens zullen cruciaal zijn om de juiste theorie te vinden."