Sammanslagningen av två svarta hål och dess effekt

 

Bild https://interestingengineering.com  En konstnärs illustration som visar två svarta hål som på väg att kollidera.

Gammastrålning är den kraftfullaste formen av strålning som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning ingår i kosmisk strålning.

I november 2024 registrerade gravitationsvågsdetektorer den våldsamma sammanslagningen av två svarta hål miljarder ljusår bort. Vanligtvis är sådana händelser osynliga för teleskop och skapar endast svaga krusningar i rumtiden. Men den här gången hände något ovanligt. 

Svarta hål kan enklast beskrivas som stjärnor som gjort slut på sitt bränsle och kollapsar inåt. En större stjärna har kollapsat under sin egen tyngd och gravitationen hos detta nya objekt har blivit så stark att elektromagnetisk strålning (bland annat ljus) inte kan ta sig ifrån dess yta. Allmän relativitetsteori (liksom de flesta modeller om gravitation) säger inte bara att svarta hål kan finnas utan förutsäger att de kommer att bildas i naturen närhelst tillräckligt stor mängd materia packas i en viss region, genom ett skeende som kallas gravitationskollaps. 

I en ny studie  beskrivs (se nedan) att rymdteleskop bara sekunder efter att signalen anlände till jorden upptäckte utbrott av gammastrålar (GRB) från samma område därute i kosmos.

Sammanslagningen är känd som S241125n och visar att  kollisioner mellan svarta hål under sällsynta förhållanden kan lysa upp kosmos för en kort stund. Studiens resultat  utmanar den länge hållna uppfattningen att sammanslagningar av svarta hål sker i  vakuum miljöer där minimalt med material finns tillgängligt för att producera strålning. Händelsen dök först upp i data från LIGO–Virgo–KAGRA-nätverket av gravitationsvågsobservatorier. Dessa instrument upptäckte rumtidskrusningar som produceras när två svarta hål slås samman.

Signalen indikerade att händelsen inträffade cirka 4,2 miljarder ljusår bort från jorden vilket motsvarar en kosmisk rödförskjutning på cirka 0,73. 

Tillsammans vägde de två svarta hålen mer än 100 gånger solens massa, vilket placerar händelsen bland de mest massiva sammanslagningar av stjärnmassor som hittills upptäckts. De flesta tidigare observerade sammanslagningar involverar system med  några tiotals solmassor.

Strax efter att gravitationsvågorna nådde jorden dök något oväntat upp i rymdteleskopdata. Ungefär 11 sekunder efter sammanslagningssignalen upptäckte NASAs Swift-satellit ett kort gammautbrott, en intensiv men kort blixt av högenergistrålning, som kom från samma område på himlen.

Kort därefter identifierade Kinas Einstein Probe-satellit en potentiell röntgenefterglöd från samma region. För att förklara hur en sammansmältning av svarta hål kan generera ljus föreslår forskarna att händelsen inträffade i en särskilt energirik miljö i skivan av gas och damm som omger ett supermassivt svart hål i en aktiv galaxkärna (AGN).Hittills har binära svarta håls sammanslagningar endast kunnat upptäckas genom gravitationsvågor. Att se ljus från sådana händelser skulle ge värdefulla ledtrådar om miljöerna där dessa kollisioner äger rum.

Upptäckten kan  hjälpa forskare att förstå hur extremt massiva svarta hål med stjärnmassa bildas. Om sammanslagningar sker inne i aktiva galaxskivor kan upprepade kollisioner i sådana miljöer gradvis skapa allt större svarta hål.

För tillfället är dock bevisen tydliga snarare än definitiva. "Vår modell är prediktiv och vi betonar vikten av att ytterligare begränsa sammanslagningens banexcentricitet och genomföra djupfältsobservationer galaxen där det skedde för att testa vår förklaring," tillägger studieförfattarna Shu-Rui Zhang, Yu Wang, Ye-Fei Yuan, Hiromichi Tagawa, Yun-Feng Wei, Liang Li, Zheng-Yan Liu, Wen Zhao, and Rong-Gen Cai.

Studien publicerades i The Astrophysical Journal. 

Okända gammastrålningskällor avslöjade

 

Ett internationellt team av astronomer har upptäckt källan till flertalet av  hundratals gammastrålningskällor. De flesta källorna tillhör klassen aktiva galaxer något som kallas blazarer. En blazar (blazing quasi-stellar object) är en mycket kompakt, ytterst ljusstark och snabbt variabel galaxkärna   En av de mest spännande utmaningarna inom modern gammastrålningsteori är att söka efter lågenergimotsvarigheter till kända men oidentifierade gammastrålningskällor.

Oidentifierade källor utgör cirka 1/3 av alla himmelska objekt som hittills upptäckts av Fermi-satelliten vars senaste gammastrålningsuppdrag med oöverträffad kapacitet var att observera gammastrålningsfält. Blazarer är extremt sällsynta. I centrum av en blazard finns ett supermassivt svart hål vilket sveper ut materia med nästan ljusets hastighet liknande bilden av ett kraftfullt jetplan som pekar mot jorden med sin stråle. Partiklar som accelereras i dessa jetstrålar kan avge ljus upp till de mest energirikaste av gammastrålar vi känner till vilket synliggörs av instrument ombord på Fermi-satelliten.

 

Eftersom den största populationen av kända gammastrålningskällor är blazarer, tror astronomer att de också kan klassificera de flesta oidentifierade gammastrålningskällor som blazarer. Arbetet ovan leddes av ett team av Dr. Harold Peña Herazo från Mexikos National Institute of Astrophysics, Optics, and Electronics (INAOE). Här analyserades hundratals optiska spektrabilder insamlade av Large Sky Area Multi-Object Fabre Spectroscopic Telescope (LAMOST) vid Xinglong Station i Kina. LAMOST är värd för National Astronomical Observatories of Chinese Academy of Sciences.

Oidentifierade gammastrålningskällor utgör cirka 1/3 av alla himmelska objekt som hittills upptäckts av Fermi-satelliten. Bilden är från vikipedia och visar satelliten innan den sändes upp den 11 juni 2008.