Teleskopflygning kastar nytt ljus över svarta hål

Under en ballongflygning 40 kilometer upp i atmosfären, från Kiruna till Kanada, studerade teleskopet PoGO+ det så kallade tvåstjärnesystemet Cygnus X-1 som ligger i Svanens stjärnbild.

– Systemet, som inte är synligt för blotta ögat, består av en superjätte (en stjärna med mångfalt mer massa än vår egen sol) och ett svart hål som kretsar i en gemensam omloppsbana. Material som slits loss från superjätten av den starka gravitationen spiralerar in mot det svarta hålet och bildar en roterande skiva, en så kallad ”ackretionsskiva”, säger Mark Pearce, professor på avdelningen för partikel och astropartikelfysik på KTH och som lett ett internationellt forskarlag i arbetet med teleskopet PoGO+.

PoGO+ har alltså samlat in data och studerat denna röntgenstrålning, och mer specifikt hur strålningen är polariserad. För röntgenstrålningen är detta en outnyttjad mätmetod, som har potentialen att belysa egenskaper hos Cygnus X-1 som andra teleskop inte kan matcha. De nya rönen har publicerats i en artikel i Nature Astronomy.

Vad har PoGO+ hittat?

– PoGO+ har kunnat påvisa att röntgenstrålningen som Cygnus X-1 sänder ut endast är svagt polariserad. Mätningarna med PoGO+ sätter en övre gräns för hur starkt polariserad röntgenstrålningen från Cygnus X-1 är, och kan därmed utesluta en av de två populära vetenskapliga modellerna för strålningens uppkomst, samt stärka tilltron till den konkurrerande extended corona- modellen.

Vad är det för nya observationer om Cygnus X-1 som ni redovisar i Nature-artikeln?

– Vi beskriver bland annat de unika mätningarna som visar att röntgenstrålningen inte är starkt påverkad av gravitationen från systemets svarta hål. Traditionella mätmetoder med andra röntgenteleskop ger inte tillräckligt hög upplösning för att i detalj kunna avbilda det här området i röntgenstrålning. Med hjälp av mätningarna från PoGO+ kan vi bättre förstå ackretionsskivans geometri i närheten av det svarta hålet.

Vad har upptäckten för betydelse?

– Cygnus X-1 är ett välstuderat objekt på norra stjärnhimlen. Vår kunskap är idag begränsad av de mätmetoder som är tillgängliga från satellitbaserade teleskop, som kan visa varifrån på himlen som röntgenstrålning kommer, hur strålningen varierar i tid, samt vilken energi som strålningen bär. Nu när PoGO+ har observerat hur röntgenstrålningen från Cygnus X-1 är polariserad kan vi bättre förstå den extrema miljön i omgivningen av ett svart hål.

Vad kan vi lära oss?

– Vi kan lära oss om hur tvåstjärnesystemet är uppbyggt, och särskilt hur miljön runt det svarta hål ser ut. Dessa detaljer är för avlägsna för att kunna avbildas och urskiljas med vanliga mätningar av röntgenstrålning. Cygnus X-1 kan även användas som ett slags prototyp för liknade system och andra högenergetiska objekt på stjärnhimmeln. Mätningarna har därför betydelse för vår förståelse av andra himlakroppar.

Kontakt:
Mark Pearce, professor på avdelningen för partikel och astropartikelfysik på KTH, pearce@kth.se, 070-166 74 86

Artikeln:
A new window on black hole accretion (Nature Astronomy)