Enkele van de meest massieve en verre zwarte gaten in het universum zenden een enorme hoeveelheid buitengewoon energetische straling uit, gammastraling genoemd. Dit type straling komt voor, bijvoorbeeld, wanneer massa wordt omgezet in energie tijdens splijtingsreacties die kernreactoren op aarde laten draaien. Maar in het geval van zwarte gaten, gammastraling is zelfs nog energieker dan die geproduceerd in kernreactoren en is het product van zeer verschillende processen; daar, de gammastralen ontstaan ​​door botsingen tussen lichtstralen en hoogenergetische deeltjes die in de buurt van zwarte gaten worden geboren door middel van nog steeds slecht begrepen mechanismen.

Als gevolg van deze botsingen tussen licht en materie, de energetische deeltjes geven bijna al hun momentum aan de lichtstralen en zetten ze om in de gammastraling die uiteindelijk de aarde bereikt.

De astronomische wetenschappelijke gemeenschap vermoedt dat deze botsingen plaatsvinden in gebieden die doordrongen zijn van krachtige magnetische velden die onderhevig zijn aan zeer variabele processen, zoals turbulentie en magnetische herverbindingen - magnetische velden die samensmelten, waarbij een verbazingwekkende hoeveelheid energie vrijkomt - die zou kunnen optreden in de jets van materie die door zwarte gaten worden uitgestoten. Maar om deze magnetische velden op miljarden lichtjaren afstand van de aarde te onderzoeken, zijn zeer gevoelige apparaten nodig en om het exacte moment te vinden waarop de emissie van hoge energie plaatsvindt.

Dit is precies wat het onderzoeksteam onder leiding van Iván Martí-Vidal, CIDEGENT-onderzoeker van de Valenciaanse regering aan het Astronomisch Observatorium en de afdeling Astronomie van de Universiteit van Valencia, en hoofdauteur van dit werk, heeft bereikt. Dit team heeft ALMA (Atacama Large Millimeter Array) gebruikt, de meest gevoelige telescoop ter wereld op millimetergolflengten, om nauwkeurige informatie te verkrijgen over de magnetische velden van een ver zwart gat, op een moment dat energetische deeltjes een enorme hoeveelheid gammastraling produceerden.

In een recent gepubliceerd artikel in Astronomie en astrofysica , de wetenschappers rapporteren waarnemingen van het zwarte gat genaamd PKS1830-211, meer dan 10 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd. Deze waarnemingen tonen aan dat de magnetische velden in het gebied waar de meest energetische deeltjes van de straal van het zwarte gat worden geproduceerd, met name in een tijdsinterval van slechts enkele minuten van structuur veranderden.

"Dit houdt in dat magnetische processen hun oorsprong vinden in zeer kleine en turbulente regio's, net zoals de belangrijkste modellen van gammastraling in zwarte gaten voorspellen, die turbulentie in verband brengen met gammastraling, " legt Iván Martí-Vidal uit. "Aan de andere kant, de veranderingen die we hebben gedetecteerd, hebben plaatsgevonden tijdens een zeer krachtige aflevering van gammastraling, waardoor we ze robuust kunnen relateren aan de hoge energie-emissie. Dit alles brengt ons een beetje dichter bij het begrijpen van de oorsprong van de meest energetische straling in het universum, " hij voegt toe.

Interferometrie en nieuwe algoritmen

Om deze gegevens te analyseren, het team van Martí-Vidal heeft een geavanceerde analysetechniek gebruikt waarmee ze uit interferometrische waarnemingen informatie kunnen verkrijgen over snel veranderende bronnen, zoals die verkregen met ALMA. "Interferometrie geeft ons de kracht om het universum te observeren met een ongeëvenaard detailniveau; in feite, het is de techniek waarop ook de Event Horizon Telescope (EHT) is gebaseerd, die onlangs het eerste beeld van een zwart gat kreeg, ", zegt Martí-Vidal. "Een onderdeel van ons CIDEGENT-project is, in feite, toegewijd aan het ontwikkelen van algoritmen zoals die we hebben gebruikt in deze ALMA-waarnemingen, maar van toepassing op veel complexere gegevens zoals die van de EHT, waarmee we kunnen reconstrueren, in de nabije toekomst, 'films' van zwarte gaten, in plaats van louter beelden, ", zegt de astronoom van de Universiteit van Valencia.

Alejandro Mus, CIDEGENT predoctoraal onderzoeker bij de UV Department of Astronomy en co-auteur van het artikel, ontwikkelt zijn proefschrift op dit gebied. "Binnen het EHT-project er zijn veel experts van verschillende instellingen die tegen de klok werken om het probleem van snelle bronvariabiliteit op te lossen, " zegt Mus. "Op dit moment, het algoritme dat we hebben ontwikkeld, werkt met de ALMA-gegevens en heeft ons al in staat gesteld om belangrijke informatie te verkrijgen over hoe de magnetische velden van PKS1830-211 veranderen op schalen van enkele tientallen minuten. We hopen binnenkort een bijdrage te kunnen leveren aan de EHT met de meer geavanceerde algoritmen waar we aan werken, " concludeert hij.