När den gigantiska radiogalaxen Messier 87 (M 87) släppte lös en ström av gammastrålning och radioflöde, råkade ett internationellt samarbete av 390 forskare titta på. De rapporterar upptäckten i veckans nummer avScience Express.
Storskalig VLA-bild av M87: Vit cirkel indikerar området inom vilket gammastrålningsteleskopen kunde se de mycket energiska gammastrålar som sänds ut. För att begränsa platsen ytterligare krävs VLBA. KREDIT: NRAO/AUI/NSF
Resultaten ger första experimentella bevis på att partiklar accelereras till extremt höga energier i omedelbar närhet av ett supermassivt svart hål och sedan avger de observerade gammastrålar. Gammastrålarna har energier en biljon gånger högre än energin i synligt ljus.
Matthias Beilicke och Henric Krawczynski, båda fysiker vid Washington University i St. Louis, koordinerade projektet med hjälp av VERITAS-samarbetet (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). Ansträngningen involverade tre arrayer av 12-meter (39-fot) till 17-meter (56-fot) teleskop, som detekterar mycket högenergi-gammastrålar, och Very Long Baseline Array (VLBA) som upptäcker radiovågor med hög spatial precision.
'Vi hade planerat gammastrålningsobservationer av M 87 i ett nära samarbete med de tre stora gammastrålobservatorierna VERITAS, H.E.S.S. och MAGIC, och vi hade tur att en extraordinär gammastrålning hände precis när källan observerades med VLBA och dess imponerande rumsliga upplösningsförmåga, säger Beilicke.
'Endast att kombinera de högupplösta radioobservationerna med VHE-gammastrålningsobservationerna gjorde det möjligt för oss att lokalisera platsen för gammastrålningsproduktionen', tillade R. Craig Walker, en stabsforskare vid National Radio Astronomy Observatory i Socorro, New Mexico .
Titta djupare in i kärnan av M87: Överst till vänster visar en VLA-bild av galaxen de radioemitterande strålarna i en skala av cirka 200 000 ljusår. Efterföljande zoomningar går närmare in i galaxens kärna, där det supermassiva svarta hålet finns. I konstnärens uppfattning (bakgrund). det svarta hålet som visas i mitten är ungefär dubbelt så stort som vårt solsystem, en liten bråkdel av galaxens storlek, men har ungefär sex miljarder gånger solens massa. Kredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
M 87 ligger på ett avstånd av 50 miljoner ljusår från jorden i Virgo-klustret av galaxer. Det svarta hålet i mitten av M 87 är sex miljarder gånger mer massivt än solen.
Storleken på ett icke-roterande svart hål ges av Schwarzschild-radien. Allt - materia eller strålning - som kommer inom en Schwarzschild-radie från mitten av det svarta hålet kommer att sväljas av det. Schwarzschild-radien för det supermassiva svarta hålet i M 87 är jämförbar med radien för vårt solsystem.
I fallet med några supermassiva svarta hål - som i M 87 - skapar materia som kretsar runt och närmar sig det svarta hålet mycket relativistiska utflöden, kallade jetstrålar. Materien i jetstrålarna reser sig bort från det svarta hålet och undkommer dess dödliga gravitationskraft. Strålarna är några av de största föremålen i universum, och de kan sträcka sig ut många tusentals ljusår från det svarta hålets närhet till det intergalaktiska mediet.
Mycket högenergi-gammastrålning från M 87 upptäcktes först 1998 med HEGRA Cherenkov teleskop. 'Men även idag är M 87 en av endast cirka 25 källor utanför vår galax som är kända för att sända ut [mycket högenergi] gammastrålar', säger Beilicke.
De nya observationerna visar nu att partikelaccelerationen, och den efterföljande emissionen av gammastrålar, kan ske i själva 'inre strålen', mindre än cirka 100 Schwarzschild-radier bort från det svarta hålet, vilket är ett extremt smalt utrymme jämfört med strålens eller galaxens totala omfattning.
Förutom VERITAS och VLBA, var High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) och Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov (MAGIC) gammastrålobservatorier involverade i dessa observationer.
Bildtext för bly: Konstnärernas uppfattning om M87:s inre kärna: Svart hål, ackretionsskiva och inre jetstrålar. Kredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Andra bilden: Storskalig VLA-bild av M87: Vit cirkel indikerar området inom vilket gammastrålningsteleskopen kunde se de mycket energiska gammastrålar som sänds ut. För att begränsa platsen ytterligare krävs VLBA. KREDIT: NRAO/AUI/NSF
Collage: Längst upp till vänster visar en VLA-bild av galaxen de radioemitterande strålarna i en skala av cirka 200 000 ljusår. Efterföljande zoomningar går närmare in i galaxens kärna, där det supermassiva svarta hålet finns. I konstnärens uppfattning (bakgrund). det svarta hålet som visas i mitten är ungefär dubbelt så stort som vårt solsystem, en liten bråkdel av galaxens storlek, men har ungefär sex miljarder gånger solens massa. Kredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Källor: Vetenskap och den National Radio Astronomy Observatory , viaEurekalert.