Nytt ljus över röntgenstrålning runt svarta hål

Ökad och ny kunskap om den extrema miljön i närheten av ett svart hål samt nya fakta om en av stjärnhimlens allra starkaste källor för mycket energirik röntgenstrålning- Cygnus X-1. Det är resultatet av den forskning som bedrivits med hjälp av ett specialbyggt teleskop från KTH. De nya rönen har nu renderat en artikel i Nature Astronomy.

Det var under en ballongflygning 40 kilometer upp i atmosfären från Kiruna till Kanada som teleskopet PoGO+ studerade Cygnus X-1, ett tvåstjärnesystem 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.

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.

För mer information, kontakta Mark Pearce: pearce@kth.se, 070 - 166 74 86

Fakta:

PoGO+ är ett projekt med stark svensk förankring. Instrumentet har byggts på KTH i Stockholm, peksystemet har utvecklats av DST Control i Linköping med hjälp från Stockholms universitet, gondolen som teleskopet flyger i har framställts av SSC (Rymdbolaget). Flygningen ägde rum från rymdbasen Esrange. Kollegor från Japan har tillhandahållit en del av elektroniken för teleskopet. Analys och tolkning av insamlade data är ett samarbete mellan forskare i Sverige och Japan.

Den svenska insatsen leds från KTH och har finansierats av Rymdstyrelsen, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse samt Vetenskapsrådet.

Läs artiklen om Cygnus X-1 i Nature Astronomy.

Läs mer om Cygnus X-1.

Läs Mark Pearce betraktelser Behind the paper.

Läs mer om teleskopet PoGo+ fantastiska resa.

Läs från 2017 om tidigare observationer som gjorts med teleskopet.