Bild https://www.curtin.edu.au som visar den starka stjärnvinden då superjättestjärnan skjuter bort jetstrålarna som skjuts ut av det svarta hålet i närområdet av stjärnan. Källa: International Centre for Radio Astronomy Research
Ny forskning under ledning från Curtin University har använt
ett radioteleskop för att ta bilder som mäter den
enorma kraften hos jetstrålar från svarta hål vilka bekräftar forskares
teorier om hur svarta hål hjälper till att forma universums struktur.
För att registrera mätningen använde forskarna en
rad sammanlänkade teleskop över jorden separerade av stora avstånd för att observera jetstrålar från svarta hål som kastades vidare utifrån ovan stjärnas vindar ungefär som starka vindar på jorden kan driva runt vatten i
en fontän.
Genom att känna till vindens kraft och mäta hur
mycket jetstrålarna böjdes kunde forskarna för första gången fastställa
jetstrålarnas kraft från källan.
Dessutom kunde de bestämma hastigheten på det svarta
hålets jetstrålar som visade sig vara ungefär hälften av ljusets hastighet eller 150 000 km per
sekund.
Forskningen leddes från Curtin Institute of Radio
Astronomy (CIRA) och Curtin-noden vid International Centre for Radio Astronomy
Research (ICRAR) i samarbete med University of Oxford.
Huvudförfattaren Dr Steve Prabu, som arbetade vid
CIRA vid tiden för forskningen och som nu är baserad vid University of Oxford,
beskriver att forskarna kunde göra mätningen med hjälp av en sekvens av bilder av
"rörliga strålar" till att beskriva jetstrålarnas
rörelsemönster när de upprepade gånger avleddes i olika riktningar av
superjättestjärnans kraftfulla vindar när stjärnan och det svarta hålet rörde
sig runt i sina banor.
Dr Prabu beskrev att mätningen gjorde det möjligt för
forskare att förstå vilken andel av energi som frigörs runt svarta hål som
kunde avsättas i omgivningen och förändrade miljön.
"En viktig upptäckt från denna forskning är att cirka 10 procent av energin som frigörs när materia faller in mot det svarta hålet trycks bort av jetstrålarna," beskriver Dr Prabu.
"Detta är vad forskare vanligtvis antar i
storskaliga simulerade modeller av universum, men det har varit svårt att
bekräfta detta tills nu genom observation."
Medförfattaren professor James Miller-Jones, från
CIRA och Curtin-noden på ICRAR, beskriver att tidigare metoder endast kunde mäta den
genomsnittliga strålkraften över tusentals eller till och med miljontals år vilket förhindrade noggranna jämförelser med röntgenenergin som omedelbart
frigjordes från infallande materia.
"Och eftersom våra teorier antyder att fysiken
kring skilda storlekar av svarta hål är mycket lik kan vi nu använda denna mätning för att
förankra vår förståelse av jetstrålar, oavsett om de kommer från svarta hål med
10 eller 10 miljoner gånger solens massa," beskriver professor Miller-Jones.
"Med radioteleskopprojekt som Square Kilometre
Array Observatory som för närvarande byggs i Western Australia och Sydafrika,
förväntar vi oss i framtiden att upptäcka jetstrålar från svarta hål i miljontals avlägsna
galaxer och den ankarpunkt som denna nya mätning ger kommer att hjälpa till
att kalibrera deras totala effekt.
"Svarta håljetstrålar ger en viktig källa till
återkoppling till omgivningen och är avgörande för att förstå galaxers
utveckling."
I en artikel publicerad i Nature Astronomy beskriver forskarna att jetstrålarnas kraft i Cygnus X-1 ett system bestående
av det första bekräftade svarta hålet och en superjättestjärna motsvarade
effekten den från 10000 solar av vår sols storlek.