Kijken naar röntgenstralen die het universum in worden geslingerd door het superzware zwarte gat in het centrum van een sterrenstelsel op 800 miljoen lichtjaar afstand, De astrofysicus van Stanford University, Dan Wilkins, merkte een intrigerend patroon op. Hij observeerde een reeks heldere uitbarstingen van röntgenstralen - opwindend, maar niet ongekend - en dan, de telescopen registreerden iets onverwachts:extra flitsen van röntgenstralen die kleiner waren, later en van andere "kleuren" dan de heldere fakkels.

Volgens de theorie, deze lichtgevende echo's kwamen overeen met röntgenstralen die van achter het zwarte gat werden weerkaatst - maar zelfs een basiskennis van zwarte gaten leert ons dat dit een vreemde plaats is waar licht vandaan komt.

"Al het licht dat in dat zwarte gat gaat, komt er niet uit, dus we zouden niets moeten kunnen zien dat zich achter het zwarte gat bevindt, " zei Wilkins, die onderzoeker is aan het Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology aan Stanford en SLAC National Accelerator Laboratory. Het is een ander vreemd kenmerk van het zwarte gat, echter, dat maakt deze waarneming mogelijk. "De reden dat we dat kunnen zien, is omdat dat zwarte gat de ruimte vervormt, licht buigen en magnetische velden om zich heen draaien, ’ legde Wilkins uit.

De vreemde ontdekking, gedetailleerd in een paper gepubliceerd op 28 juli in Natuur , is de eerste directe waarneming van licht van achter een zwart gat - een scenario dat werd voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie maar nooit bevestigd, tot nu.

"Vijftig jaar geleden, wanneer astrofysici beginnen te speculeren over hoe het magnetische veld zich zou kunnen gedragen in de buurt van een zwart gat, ze hadden geen idee dat we ooit de technieken zouden hebben om dit direct waar te nemen en Einsteins algemene relativiteitstheorie in actie te zien, " zei Roger Blandford, een co-auteur van de paper die de Luke Blossom Professor is in de School of Humanities and Sciences en Stanford en SLAC professor in fysica en deeltjesfysica.

Hoe zie je een zwart gat?

De oorspronkelijke motivatie achter dit onderzoek was om meer te weten te komen over een mysterieus kenmerk van bepaalde zwarte gaten, corona genoemd. Materiaal dat in een superzwaar zwart gat valt, drijft de helderste continue lichtbronnen in het universum aan, en terwijl het dat doet, vormt een corona rond het zwarte gat. Dit licht, dat röntgenlicht is, kan worden geanalyseerd om een ​​zwart gat in kaart te brengen en te karakteriseren.

De leidende theorie voor wat een corona is, begint met gas dat in het zwarte gat glijdt waar het tot miljoenen graden oververhit raakt. Bij die temperatuur, elektronen scheiden van atomen, het creëren van een gemagnetiseerd plasma. Gevangen in de krachtige spin van het zwarte gat, het magnetische veld boog zo hoog boven het zwarte gat, en zo veel ronddraait, dat het uiteindelijk helemaal breekt - een situatie die zo doet denken aan wat er rond onze eigen zon gebeurt dat het de naam 'corona' heeft geleend.

"Dit magnetische veld dat wordt vastgebonden en vervolgens dicht bij het zwarte gat klikt, verwarmt alles eromheen en produceert deze hoge energie-elektronen die vervolgens de röntgenstralen produceren, ' zei Wilkins.

Terwijl Wilkins de oorsprong van de fakkels nader onderzocht, hij zag een reeks kleinere flitsen. Deze, de onderzoekers bepaalden, zijn dezelfde röntgenvlammen maar gereflecteerd vanaf de achterkant van de schijf - een eerste glimp aan de andere kant van een zwart gat.

"Ik heb een paar jaar theoretische voorspellingen gedaan over hoe deze echo's aan ons verschijnen, "zei Wilkins. "Ik had ze al gezien in de theorie die ik heb ontwikkeld, dus toen ik ze eens zag in de telescoopwaarnemingen, Ik kon het verband achterhalen."

Toekomstige waarnemingen

De missie om corona's te karakteriseren en te begrijpen gaat door en zal meer observatie vereisen. Een deel van die toekomst zal het röntgenobservatorium van de European Space Agency zijn, Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrofysica). Als lid van het lab van Steve Allen, hoogleraar natuurkunde aan Stanford en deeltjesfysica en astrofysica aan SLAC, Wilkins helpt bij de ontwikkeling van een deel van de Wide Field Imager-detector voor Athena.

"Het heeft een veel grotere spiegel dan we ooit op een röntgentelescoop hebben gehad en het zal ons in staat stellen om een ​​hogere resolutie te krijgen in veel kortere observatietijden, "zei Wilkins. "Dus, het beeld dat we op dit moment uit de gegevens beginnen te krijgen, zal met deze nieuwe observatoria veel duidelijker worden."

Co-auteurs van dit onderzoek zijn van Saint Mary's University (Canada), Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek (SRON), Universiteit van Amsterdam en de Pennsylvania State University.