Astronomer har oppdaget gammastråler som strømmer fra nærområdet til det supermassive sorte hullet i hjertet av galaksen M87. Et spesielt instrument kalt H.E.S.S., som ligger i Namibia, kan oppdage når disse strålene treffer atmosfæren vår, og spore tilbake kilden. Astronomer har bestemt at en region som ikke er mye større enn solsystemet vårt rundt det sorte hullet, er ansvarlig for dette utslippet av gammastråler; det sorte hullet fungerer som en kosmisk partikkelakselerator.
Et internasjonalt team av astrofysikere fra H.E.S.S. samarbeid har kunngjort oppdagelsen av kortsiktig variasjon i strømmen av gamma-stråler fra veldig høy energi (VHE) fra radiogalaksen M 87. I Namibia har samarbeidet bygget og operert et deteksjonssystem, kjent som Cherenkov-teleskoper, som tillater at disse gammastrålene blir oppdaget fra bakkenivå (se merknader). Teamet peker dette systemet mot en nærliggende galakse, M 87, og har oppdaget VHE-gammastråler de siste fire årene. Den virkelige overraskelsen er imidlertid at intensiteten av utslippet kan sees å endre seg drastisk i løpet av noen få dager.
Den gigantiske radiogalaksen M 87
Denne galaksen, som ligger 50 millioner lysår unna i stjernebildet Jomfruen, har et supermassivt svart hull på 3000 tusen solmasser som en stråle med partikler og magnetiske felt kommer ut fra. I motsetning til tidligere observerte ekstragalaktiske kilder til VHE-gammastråler - kjent som Blazars - peker imidlertid ikke strålen i M 87 mot jorden, men blir sett i en vinkel på omtrent 30 °. I Blazars antas det at gammastråler sendes ut i strålen, kollimert rundt jetretningen og styrket i deres energi og intensitet av den relativistiske bevegelsen fra jetpartikler. M 87 representerer derfor en ny type ekstragalaktisk gammastrålekilde.
En første indikasjon på VHE-gammastråleutslipp fra M 87 ble sett i 1998 med HEGRA Cherenkov-teleskoper (et av forløpereksperimentene til H.E.S.S.). Med H.E.S.S. resultater disse indikasjonene er nå bekreftet med større selvtillit. Fluxen av VHE gamma-stråler fra M 87 er ganske svak; ingen annen radiogalakse ble så langt sett i VHE-gammastråler, sannsynligvis fordi de fleste er fjernere enn den relativt nærliggende M 87.
Hva kort tidsskala variabilitet forteller oss
Tidsskalaen for variabilitet er en indikator for den maksimale størrelsen på utslippsregionen. Siden gammastråler fra bakenden av utslippsregionen beveger seg lenger til de når oss, kan variasjonens tidsskala ikke være mye kortere enn tiden gammastråler krever å krysse utslippsregionen. Slike variabilitetsmålinger blir ofte brukt for å begrense størrelsen på utslippsstedet i fjerne objekter, ofte til større nøyaktighet enn ved å måle objektets størrelse basert på vinkelforlengelsen på himmelen. Tidsskalaen for noen dagers variabilitet sett av H.E.S.S. i M 87 er ekstremt kort, kortere enn oppdaget ved noen annen bølgelengde. Dette forteller oss at størrelsen på regionen som produserer VHE-gammastråler er omtrent på størrelse med solsystemet vårt (1013 m, bare omtrent 0,000001% av størrelsen på hele radiogalaksen M 87). "Dette er ikke mye større enn hendelseshorisonten til det supermassive sorte hullet i sentrum av M 87" sier Matthias Beilicke, en H.E.S.S. forsker som jobber ved University of Hamburg.
Denne observasjonen gjør umiddelbar nærhet til det sentrale sorte hullet på M 87 til det mest sannsynlige stedet for produksjon av VHE gamma-stråler; andre strukturer i dysene til M 87 har en tendens til å ha større skalaer. Fysikken i produksjonsprosessene er ennå ikke bestemt, og helt nye mekanismer kan påberopes på grunn av nærheten av det sorte hullet som dette funnet av H.E.S.S. teamet har demonstrert. Det er sannsynlig at vi har å gjøre med en annen produksjonsmekanisme enn for Blazars, hvis jetfly peker mot oss. I dette området nær det sorte hullet skaper også saken som er akkretert fra det sorte hullet den relativistiske plasmasjet - en prosess som generelt ikke er helt forstått ennå. At gammastråler kan slippe ut fra dette voldelige området kan virke overraskende, men er mulig siden det sorte hullet i M 87 beskriver materie i relativt lav hastighet sammenlignet med andre sorte hull. Man kan heller ikke utelukke at relativistiske effekter som de som finner sted i andre ekstragalaktiske kilder, bidrar på et eller annet nivå, men gitt at strålen ikke peker mot oss, er store relativistiske effekter usannsynlige.
H.E.S.S. lede veien
Med dette og foregående funn av ekstragalaktiske kilder, har H.E.S.S. leder an i forståelsen av prosessene som er involvert i hvordan disse ekstraordinære energiske fotonene blir produsert. Radiogalaksen M 87 er et utmerket laboratorium for å studere kjernen i disse galaksene, med deres supermassive sorte hull som fungerer som motorer for å akselerere partikler til ekstremt høye energier, og gir ut VHE gammastråler i prosessen. Dette objektet kan studeres, og sammenlignes med de flere, men fjernere Blazars der jetstrålen skjuler vårt syn på den sentrale kilden. For M 87 vet vi nå at vi har et klart syn på den sentrale motoren med H.E.S.S., og dermed fører til en bedre forståelse av alle ekstragalaktiske VHE gammastrålekilder.
Opprinnelig kilde: Max Planck Society News Release
