Mit dem IBIS-Teleskop an Bord des INTEGRAL-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation haben Forscher die ersten Polarisationsmessungen an einem Schwarzloch-Binärsystem gemeldet, das aus einem Schwarzen Loch und einem normalen Stern besteht, der um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt kreist.
Die neuen Beobachtungen zeigen, dass die chaotische Region von Magnetfeldern durchzogen ist und das erste Mal darstellt, dass Magnetfelder so nahe an einem Schwarzen Loch identifiziert wurden. Vor allem zeigt Integral, dass es sich um hochstrukturierte Magnetfelder handelt, die einen Fluchttunnel für heiße Materie bilden, der sonst innerhalb von Millisekunden in das Schwarze Loch eintauchen würde.
Philippe Laurent ist Forscher am Institut für Erforschung der Grundgesetze des Universums (IRFU) der CEA in Frankreich. Er ist Hauptautor des Papiers, das heute in erscheintScience Express.
Laurent und seine Kollegen entdeckten polarisierte Gammastrahlenphotonen, die von Cygnus X-1 stammen (19h 58m 21.6756s + 35 ° 12 ′ 05.775 ″), ein bekanntes Schwarzloch-Röntgenbinärsystem im Sternbild Cygnus. Sie legen nahe, dass die polarisierte Emission von einem Strahl relativistischer Teilchen in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs stammt.
Die obige Grafik bezieht sich auf die Ergebnisse des Teams: „Während die niederenergetischen Photonen nicht polarisiert zu sein scheinen (die eingefügte Linie links ist nur flach), sind die energiereicheren stark polarisiert (die eingefügte Linie rechts scheint sinusförmig zu sein ) und sollte sich daher auf den Jet beziehen “, schrieb Laurent in einer E-Mail.
Die Autoren enthüllen mehr Details in der Arbeit: „Die spektrale Modellierung der Daten zeigt zwei Emissionsmechanismen: Die 250-400 keV-Daten stimmen mit der Emission überein, die durch Compton-Streuung an thermischen Elektronen dominiert wird, und sind schwach polarisiert“, schreiben sie. "Die zweite Spektralkomponente im 400keV-2MeV-Band ist dagegen stark polarisiert, was zeigt, dass die MeV-Emission wahrscheinlich mit dem Strahl zusammenhängt, der zuerst im Funkband erfasst wurde."
Ihre Beweise deuten darauf hin, dass das Magnetfeld des Schwarzen Lochs stark genug ist, um Partikel von den Gravitationskupplungen des Schwarzen Lochs abzureißen und sie nach außen zu leiten, wodurch Materiestrahlen entstehen, die laut einer Pressemitteilung der ESA in den Weltraum schießen. Die Teilchen in den Jets werden in spiralförmige Bahnen gezogen, wenn sie das Magnetfeld in die Freiheit befördern, und dies beeinflusst eine Eigenschaft ihres Gammastrahlenlichts, die als Polarisation bekannt ist.
Ein Gammastrahl ist wie gewöhnliches Licht eine Art Welle, und die Ausrichtung der Welle wird als Polarisation bezeichnet. Wenn sich ein schnelles Teilchen in einem Magnetfeld windet, erzeugt es eine Art Licht, die als Synchrotronemission bekannt ist und ein charakteristisches Polarisationsmuster aufweist. Es ist diese Polarisation, die das Team in den Gammastrahlen gefunden hat. Es war eine schwierige Beobachtung.
„Wir mussten fast jede Beobachtung verwenden, die Integral jemals von Cygnus X-1 gemacht hat, um diese Erkennung durchzuführen“, sagt Laurent.
Diese wiederholten Beobachtungen des Schwarzen Lochs, die sich über sieben Jahre angesammelt haben, umfassen nun mehr als fünf Millionen Sekunden Beobachtungszeit, was einer Aufnahme eines einzelnen Bildes mit einer Belichtungszeit von mehr als zwei Monaten entspricht. Das Team von Laurent hat sie alle zusammengefügt, um eine solche Belichtung zu erzielen.
„Wir wissen immer noch nicht genau, wie aus der unfehlbaren Materie die Jets werden. Es gibt eine große Debatte unter Theoretikern; Diese Beobachtungen werden ihnen bei der Entscheidung helfen “, sagt Laurent.
Jets um Schwarze Löcher wurden zuvor von Radioteleskopen gesehen, aber solche Beobachtungen können das Schwarze Loch nicht detailliert genug sehen, um genau zu wissen, wie nahe die Jets am Schwarzen Loch entstehen. Das macht diese neuen Beobachtungen von unschätzbarem Wert. Solche Polarisationsmessungen können direkte Einblicke in die Natur vieler astrophysikalischer Prozesse liefern, und die Forscher sagen, dass ihre Entdeckung in Zukunft unser Verständnis der Emissionsmechanismen von Cygnus X-1, einem Modell für andere Schwarzloch-Binärdateien in der USA, fördern könnte Universum.
Quelle: Wissenschaft. Das Papier erscheint heute im Science Express Webseite.
