Kara delikler, kudretli yiyiciler olmakla ünlüdür, ancak onlara düşen her şeyi yememektedirler. Malzemenin küçük bir kısmı, çevrelerinde hasara yol açabilecek, plazma adı verilen güçlü gazların güçlü jetlerinde geri çekilir. Yol boyunca, bu plazma bir şekilde ışığın güçlü bir şekilde yayılmasına yetecek kadar enerji alır ve karadeliğin dönme ekseni boyunca iki parlak sütun oluşturur. Bilim adamları, jetin neresinde ve nasıl gerçekleştiğini uzun zamandır tartıştılar.
Gökbilimcilerin bu gizem için yeni ipuçları var. Bilim insanları, NASA'nın NuSTAR uzay teleskopunu ve La Palma, İspanya'daki William Herschel Gözlemevi'nde ULTRACAM adlı hızlı bir kamera kullanarak, jetlerdeki parçacıkların “açılmadan” gittikçe uzaklaştıklarını ve parlak ışık kaynakları haline gelebildiklerini ölçmeyi başardılar. Bu mesafe "hızlanma bölgesi" olarak adlandırılır. Çalışma, Doğa Astronomi dergisinde yayınlandı.
Bilim adamları, "X-ışını ikilileri" adı verilen ve her biri normal bir yıldızdan beslenen bir kara deliğin oluşturduğu Samanyolu'daki iki sisteme baktı. Patlama periyodu sırasında bu sistemleri farklı noktalarda incelediler - ki bu, yığma diskinin - kara deliğin etrafında dönen bir malzemenin düz bir yapısı - malzemenin içine düşmesi nedeniyle parlaklaştığı zamandır.
V404 Cygni denilen bir sistem, , bilim adamları O zaman haziran 2015 içinde gözlenen zaman neredeyse zirve parlaklık ulaşmıştı, 21. yüzyılda görülen bir X-ışını ikili en parlak patlamayı yaşadı. GX 339-4 olarak adlandırılan diğeri, gözlemlendiğinde maksimum beklenen parlaklığının% 1'inden daha azdı. GX 339-4'ün yıldız ve kara deliği, V404 Cygni sisteminden daha yakındır.
Farklılıklarına rağmen sistemler, NuSTAR'ın ilk kez X-ışını ışığını algılaması ile ULTRACAM'ın ortaya çıkan işaret fişeklerini daha sonradan algıladığı zaman arasındaki benzer gecikme sürelerini (saniyenin onda biri gibi) gösterdi. Bu gecikme bir göz açıp kapayıncaya kadar daha azdır, fakat kara delik jetleri fiziği için önemlidir.
" Bir olasılık, jet fiziğinin diskin büyüklüğü ile değil, bunun yerine jetin tabanındaki hız, sıcaklık ve parçacıkların diğer özellikleri ile belirlenmemesidir" dedi. Southampton Üniversitesi, Birleşik Krallık.
Bilim adamlarının bu sonuçları açıklamak zorunda oldukları en iyi teori, X-ışını ışığının karadeliğe çok yakın olan malzemeden kaynaklanmasıdır. Güçlü manyetik alanlar bu malzemenin bir kısmını jet boyunca yüksek hızlara çeker. Bu, ULTRACAM tarafından yakalanan optik radyasyon akımını yaymaya başlayana kadar plazmaya enerji veren ışık hızına yakın çarpışan parçacıklarla sonuçlanır.
Jetde bu nerede oluşur? Optik ve X-ışını ışığı arasındaki ölçülen gecikme, bunu açıklar. Bu zaman miktarını, neredeyse ışığın hızı olan parçacıkların hızı ile çarparak, bilim adamları seyahat edilen maksimum mesafeyi belirler.
Yaklaşık 19.000 mil (30.000 kilometre) genişliğindeki bu alan, plazmanın en güçlü ivmeyi hissettiği ve ışığı yayarak “açtığı” jet içindeki iç ivme alanını temsil eder. Dünya çapının üç katından biraz daha azdır, fakat kozmik açıdan küçük, özellikle de V404 Cygni'deki karadeliğin göz önünde bulundurulduğunda, 3 milyon Dünya'nın bir araya geldiği düşünülür.
NASA'nın Jet Propulsion Laboratuvarı Pasadena, California'da çalışan astronom ve yazar olan Daniel Stern, "Astronomlar, bu çalışmanın sonuçlarını kullanarak jet güçlendirme mekanizmalarının modellerini geliştirmeyi umuyorlar" dedi.
Bu ölçümleri yapmak kolay olmadı. Uzayda bulunan X-ışını teleskopları ve zemindeki optik teleskoplar, bilim adamlarının dedektörlerin algılamaları arasındaki küçük gecikmeyi hesaplamaları için, patlamalar sırasında X-ışını çiftlerine tam olarak aynı anda bakmalıdır. Bu tür koordinasyon, gözlemevi ekipleri arasında karmaşık bir planlama gerektirir. Aslında, NuSTAR ve ULTRACAM arasındaki koordinasyon sadece 2015 patlaması sırasında yaklaşık bir saat sürdü, ancak bu ivme bölgesi ile ilgili çığır açan sonuçları hesaplamak için yeterliydi.
Sonuçlar, bilim adamlarının süper kütle kara deliklerini anlamalarına da, bu çalışmadakilerden çok daha büyüktür. Sunucumuzun kütlesinin 200 milyon katı ağırlığındaki BL Lacertae adında bir süper kütlesel sistemde, bilim adamları bu çalışmanın bulduklarından milyonlarca kez daha fazla zaman gecikmesi elde ettiler. Bu, jetlerin hızlanma alanının büyüklüğünün karadeliğin kütlesi ile ilişkili olduğu anlamına gelir.
Gandi, "Biz heyecanlıyız çünkü sanki sadece V404 Cygni gibi yıldız-kütleli kara deliklerde değil, aynı zamanda canavar süper kütlesinde de, jetin iç işleyişi ile ilgili karakteristik bir ölçüt bulduk." Dedi.
Bir sonraki adım, diğer X-ışını çiftlerinin gözlemlerinde ölçülen bu gecikmeyi doğrulamak ve her boyuttaki kara deliklerde jetleri birbirine bağlayabilen bir teori geliştirmektir.
"Birlikte çalışan küresel zemin ve uzay teleskopları bu keşfin anahtarıydı. Ama bu sadece bir göz ve öğrenilmesi gereken çok şey var. Gelecek, kara deliklerin aşırı fiziğini anlamak için gerçekten çok parlak," dedi Fiona Harrison, baş araştırmacı NuSTAR ve Pasadena'daki Caltech'deki astronomi profesörü.
NuSTAR, Caltech tarafından yönetilen ve NASA'nın Washington'daki Bilim Misyonu Direktörlüğü için JPL tarafından yönetilen bir Small Explorer misyonudur. NuSTAR Danimarka Teknik Üniversitesi ve İtalyan Uzay Ajansı (ASI) ile ortaklaşa geliştirilmiştir. Uzay aracı Orbital Sciences Corp., Dulles, Virginia tarafından inşa edildi. NuSTAR'ın misyon operasyon merkezi UC Berkeley'de ve resmi veri arşivi NASA'nın Yüksek Enerji Astrofiziği Bilim Arşivi Araştırma Merkezi'nde. ASI misyonun yer istasyonu ve bir ayna arşivi sunuyor. Caltech NASA için JPL'yi yönetir.