Nyt studie: Gasskive omkring sort hul skygger for sig selv

Et sort hul behøver tilsyneladende ikke at være tæt på sin teoretiske lysstyrkegrænse, før gassen omkring det rejser sig og skygger for de ydre dele af gasskiven. Det peger et studie offentliggjort i Nature Astronomy den 22. oktober på.

Holdet bag studiet finder en overraskende udvikling i lyset fra et røntgendobbeltstjernesystem: Da udbruddet var stærkest, så skivens ydre dele forholdsvis kølige ud. Senere, mens den samlede lysstyrke faldt, viste spektret tegn på kraftigere bestråling. Forskerne forklarer mønstret med en indre skive, der først skærmer og siden giver strålingen friere passage.

Et lysende område omkring mørket

Et sort hul udsender ikke selv det lys, astronomerne ser fra en gasskive. Lyset kommer fra materiale uden for begivenhedshorisonten, hvorfra det stadig kan slippe væk. NASA beskriver denne tilvækstskive som en central lyskilde omkring sorte huller: Gas bliver opvarmet, mens den bevæger sig indad.

Derfor kan et sort hul være forbundet med en meget lysstærk kilde uden at modsige sit navn. Det mørke objekt og det lysende materiale er to forskellige dele af systemet. Når astronomerne studerer en skive, undersøger de samtidig, hvordan stof opfører sig i nærheden af et ekstremt tyngdefelt.

Skivens form har betydning for, hvor energien ender. En høj kant kan ændre belysningen længere ude, ligesom en genstand tæt på en lampe kan skygge for noget, der står længere væk. Sammenligningen beskriver geometrien; gassen er naturligvis langt mere kompleks end en fast lampeskærm.

Et omvendt mønster i lyset

I en tidligere præsentation af arbejdet ved en INAF-konference forklarede førsteforfatter Montserrat Armas Padilla, hvorfor udviklingen vakte opsigt. Under afklingningen fremstod den ydre skive stærkt bestrålet ved lavere lysstyrke. Nær toppen var lyset derimod præget af tydelige linjer fra brint og helium og et køligere spektrum.

Den foreslåede forklaring er, at gasstrømmen tæt på det sorte hul får større lodret udstrækning. Den kan dermed blokere en del af den energirige stråling, som ellers ville ramme længere ude. Når geometrien ændrer sig, kan de ydre områder blive mere direkte belyst, selv om energikilden samlet er blevet svagere.

Det afgørende er altså ikke kun, hvor meget lys der produceres. Retningen og de forhindringer, lyset møder, kan ændre, hvad forskellige dele af systemet modtager. Det giver en mulig fysisk forklaring på et forløb, der ved første øjekast virker bagvendt.

Flere slags lys giver flere spor

Studiet kombinerer spektroskopi i synligt og nærinfrarødt lys med røntgenobservationer. Ved udbruddets top lå lysstyrken omkring en femtedel af Eddington-grænsen. Det er en teoretisk målestok, hvor strålingens udadrettede tryk balancerer tyngdekraftens indadrettede træk under forenklede antagelser. Røntgenspektrene understøtter ifølge forskerne fortolkningen med en lodret udvidet indre skive.

Spektroskopi opdeler lys efter bølgelængde. Det svarer principielt til at sprede hvidt lys ud i dets farver, men med langt flere detaljer og også bølgelængder, øjet ikke kan se. Mønstre i spektret kan bruges til at undersøge materialets sammensætning og fysiske tilstand.

ESO-instrumentet X-shooter, som indgår i arbejdet, er netop udviklet til at registrere et bredt område fra ultraviolet over synligt til nærinfrarødt lys. Dets tre instrumentarme måler forskellige dele af spektret samtidig. Det er nyttigt ved objekter, der ændrer sig, fordi farveområderne dermed kan sammenlignes fra samme tidspunkt.

En forklaring, som skal prøves bredere

Forskerne fremhæver, at skivens form kan påvirke beregninger af sorte hullers rotation, fortolkning af røntgenlysets polarisering og forholdene i skivens ydre områder. Nyheden er derfor også relevant for de modeller, astronomerne bruger til at udlede egenskaber, de ikke kan måle direkte.

Resultatet er en fortolkning af lysmålinger, ikke et fotografi af en hævet kant. Det nye er studiets offentliggørelse og analyse; det er ikke en meddelelse om et udbrud, der netop er begyndt. Det kræver også modeller, der kan adskille virkningen af skivens form fra andre ændringer i gassen. Flere observationer af tilsvarende systemer vil være vigtige for at afgøre, hvor almindelig mekanismen er.