Ny forskning hjälper till att förklara de största acceleratorerna i universum

Supermassiva svarta hål i galaxers centra accelererar partiklar till enorma hastigheter i gigantiska jetstrålar. Nya resultat från gammastrålningsatelliten Fermi visar att de största acceleratorerna i universum fungerar annorlunda än man tidigare trott. Studien visar att huvudparten av det ljus som jetstrålen producerar, det vill säga gammastrålning, produceras mycket längre bort från svarta hålet än förväntat. Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature.

Gammahimlen högt ovanför vintergatan domineras av ljusstarka galaxer, så kallade blazarer. I centrum på dessa galaxer finns svarta hål med en massa som är flera hundra miljoner gånger så stor som solens, i vissa mer än en miljard gånger så stor. När det svarta hålet fångar in materia från sin omgivning frigörs energi som skjuter ut två motriktade jetstrålar i vilka partiklar accelereras till hastigheter mycket nära ljushastigheten.

- Blazarer är universums största acceleratorer, men vi saknar fortfarande många pusselbitar för att i detalj förstå hur de fungerar, säger Stefan Larsson, som är astronom vid Stockholms universitet och som forskar om blazarer med hjälp av data från Fermi.

- Dessa resultat är ett signifikant steg framåt för förståelsen av dessa jetstrålar, säger Roger Blandford vid The Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, där merparten av dataanalysen genomfördes.

Nyckeln till de nya resultaten var kombinationen av de mycket känsliga Fermiobservationerna med optiska observationer, det vill säga i synligt ljust, som gjordes samtidigt med ett antal teleskop runt om i världen.

Tidigare observationer av blazarer visar att synligt ljus kommer ganska långt från det svarta hålet, kring 1 ljusår. Gammastrålningen å andra sidan har förväntats uppstå cirka 100 till 200 gånger närmare det svarta hålet. De nya observationerna av en blazar belägen i stjärnbilden Virgo påvisar dock att gammastrålningen och det synliga ljuset produceras på samma ställe. Gammastrålningen alstras alltså mycket längre bort än man tidigare trott.

Eftersom jetstrålarnas energi släpps ut mestadels som gammastrålning måste teoretiker nu tänka om och konstruera en modell för jetstrålar som transporterar energin mycket längre bort – en stor utmaning enligt forskarna bakom studien.

- De nya resultaten är en av flera uppseendeväckande upptäckter som Fermi har gjort under de 1,5 år som satelliten samlat in data. Fermi har verkligen överträffat våra förväntningar, säger Jan Conrad, docent i fysik vid Oskar Klein Centre, Stockholms universitet och projektledare för det svenska deltagandet i Fermi.

Svenska Fermikonsortiet består av forskare från Stockolms universitet, KTH och Linnéuniversitetet. Den svenska delen i Fermisatelliten är kalorimetern, som har finansierats med hjälp av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Forskningen stöds av Rymdstyrelsen och Vetenskapsrådet.

Artikelns titel: “A change in the optical polarization associated with a gamma-ray flare in the blazar 3C 279”. Artikeln publicerades i Nature den 18 februari.

Bild (156 K) finns att ladda ner via http://dl.dropbox.com/u/2062518/McKinney_jet.jpg
Bildtext: Denna datorsimulering visar ett svart hål som drar till sig materia från sin omgivning (gult) och som samtidigt skjuter ut en del av den infångade energin i form av två jetstrålar (blått och rött) som hålls samman av magnetiska fält (grönt).
Foto: Jonathan McKinney

Ytterligare information
Jan Conrad, Oskar Klein Centre, Stockholms universitet, tfn 08-5537 8769, e-post conrad@fysik.su.se.

Stefan Larsson, Institutionen för astronomi, Stockholms universitet, tfn 08-5537 8543, mobil 070-56 99 257, e-post stefan@astro.su.se

Läs mer om Fermi på http://www.su.se/pub/jsp/polopoly.jsp?d=803&a=72860

Se en film där Jan Conrad berättar om sin forskning: http://www.su.se/pub/jsp/polopoly.jsp?d=11948&a=75482