Door gebruik te maken van een natuurlijke lens in de ruimte, astronomen hebben een ongekende kijk vastgelegd op röntgenstraling van een zwart-gatsysteem in het vroege heelal.

Dit vergrootglas werd voor het eerst gebruikt om röntgenfoto's te verscherpen met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory. Het legde details vast over zwarte gaten die normaal te ver weg zouden zijn om met bestaande röntgentelescopen te bestuderen.

Astronomen pasten een fenomeen toe dat bekend staat als 'gravitationele lensing', dat optreedt wanneer het pad van licht van verre objecten wordt gebogen door een grote massaconcentratie, zoals een melkwegstelsel, die langs de zichtlijn ligt. Deze lensing kan het licht met grote hoeveelheden vergroten en versterken en dubbele afbeeldingen van hetzelfde object creëren. De configuratie van deze dubbele afbeeldingen kan worden gebruikt om de complexiteit van het object te ontcijferen en afbeeldingen te verscherpen.

Het systeem met zwaartekrachtlenzen in de nieuwe studie heet MG B2016+112. De röntgenstralen die door Chandra zijn gedetecteerd, werden door dit systeem uitgezonden toen het universum slechts 2 miljard jaar oud was. vergeleken met zijn huidige leeftijd van bijna 14 miljard jaar.

"Onze inspanningen om zulke verre objecten op röntgenfoto's te zien en te begrijpen, zouden gedoemd zijn te mislukken als we niet zo'n natuurlijk vergrootglas hadden. " zei Dan Schwartz van het Centrum voor Astrofysica, Harvard &Smithsonian (CfA), die de studie leidde.

Het laatste onderzoek bouwt voort op eerder werk onder leiding van co-auteur Cristiana Spingola, momenteel aan het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica (INAF) in Bologna, Italië. Met behulp van radio-waarnemingen van MG B2016+112, haar team vond bewijs voor een paar snelgroeiende superzware zwarte gaten die slechts ongeveer 650 lichtjaar van elkaar gescheiden waren. Ze ontdekten dat beide kandidaten voor een zwart gat mogelijk jets hebben.

Met behulp van een zwaartekrachtlensmodel op basis van de radiogegevens, Schwartz en zijn collega's concludeerden dat de drie röntgenbronnen die ze van het MG B2016+112-systeem ontdekten, het resultaat moeten zijn van het lenzen van twee verschillende objecten. Deze twee röntgenstraling uitzendende objecten zijn waarschijnlijk een paar groeiende superzware zwarte gaten of een groeiend superzwaar zwart gat en zijn straal. De geschatte scheiding van deze twee objecten komt overeen met het radiowerk.

Eerdere Chandra-metingen van paren of trio's van groeiende superzware zwarte gaten hadden over het algemeen betrekking op objecten die veel dichter bij de aarde staan, of met veel grotere afstanden tussen de objecten. Er is eerder een röntgenstraal op een nog grotere afstand van de aarde waargenomen, met licht dat werd uitgestraald toen het universum slechts 7% van zijn huidige leeftijd had. Echter, de emissie van de jet is ongeveer 160 gescheiden van het zwarte gat, 000 lichtjaren.

Het huidige resultaat is belangrijk omdat het cruciale informatie verschaft over de groeisnelheid van zwarte gaten in het vroege heelal en de detectie van een mogelijk dubbel zwart gatsysteem. De zwaartekrachtlens versterkt het licht van deze verafgelegen objecten die anders te zwak zouden zijn om te detecteren. Het gedetecteerde röntgenlicht van een van de objecten in MG B2016+112 kan tot 300 keer helderder zijn dan zonder de lensing.

"Astronomen hebben zwarte gaten ontdekt met een massa die miljarden keren groter is dan die van onze zon, die honderden miljoenen jaren na de oerknal werd gevormd. toen het heelal nog maar een paar procent van zijn huidige leeftijd had, "zei Spingola. "We willen het mysterie oplossen van hoe deze superzware zwarte gaten zo snel aan massa wonnen."

De boosts van zwaartekrachtlensing kunnen onderzoekers in staat stellen om te schatten hoeveel systemen met twee superzware zwarte gaten scheidingen hebben die klein genoeg zijn om zwaartekrachtgolven te produceren die in de toekomst waarneembaar zijn met op de ruimte gebaseerde detectoren.

"Op veel manieren, dit resultaat is een opwindend proof-of-concept van hoe dit 'vergrootglas' ons kan helpen de fysica van de verre superzware zwarte gaten te onthullen in een nieuwe benadering. Zonder dit effect had Chandra het een paar honderd keer langer moeten observeren en zelfs dan zou hij de complexe structuren niet onthullen, " zei co-auteur Anna Barnacka van de CfA en Jagiellonian University, die de technieken ontwikkelde om zwaartekrachtlenzen om te zetten in telescopen met een hoge resolutie om de beelden te verscherpen.

"Dankzij gravitatielenzen kunnen veel langere Chandra-waarnemingen onderscheid maken tussen het paar zwarte gaten en het zwarte gat plus jetverklaringen. We kijken er ook naar uit om deze techniek in de toekomst toe te passen, vooral omdat onderzoeken door grote nieuwe optische en radiofaciliteiten die binnenkort online zullen komen, tienduizenden doelen zullen opleveren, ’ concludeerde Schwartz.

De onzekerheid in de röntgenpositie van een van de objecten in MG B2016+112 is 130 lichtjaar in één dimensie en 2, 000 lichtjaar in de andere, loodrechte afmeting. Dit betekent dat de grootte van het gebied waar de bron zich waarschijnlijk bevindt meer dan 100 keer kleiner is dan het overeenkomstige gebied voor een typische Chandra-bron zonder lens. Een dergelijke precisie bij een positiebepaling is ongeëvenaard in de röntgenastronomie voor een bron op deze afstand.

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, verschijnt in het augustusnummer van Het astrofysische tijdschrift .