Całe niebo jest wypełnione rozproszonym blaskiem o wysokiej energii: kosmicznym tłem rentgenowskim. W ostatnich latach astronomowie mogli wykazać, że promieniowanie to można niemal całkowicie powiązać z poszczególnymi obiektami. Podobnie Galileusz Galilei na początku XVII wieku rozdzielił światło Drogi Mlecznej na pojedyncze gwiazdy. Tło rentgenowskie powstaje w setkach milionów supermasywnych Czarnych Dziur, które zasilają materię w centrach odległych układów galaktyk. Ponieważ Czarne Dziury gromadzą masę, obserwujemy je na tle promieni X podczas fazy wzrostu. W dzisiejszym wszechświecie masywne czarne dziury znajdują się w centrach praktycznie wszystkich pobliskich galaktyk.
Kiedy materia spływa w otchłań Czarnej Dziury, krąży wokół kosmicznego wiru niemal z prędkością światła i jest tak mocno rozgrzana, że emituje swój „ostatni okrzyk pomocy” w postaci promieniowania o wysokiej energii, zanim znika na zawsze. Dlatego przypuszczalnie niewidoczne Czarne Dziury należą do najjaśniejszych obiektów we wszechświecie, jeśli są dobrze karmione w centrach tzw. Aktywnych galaktyk. Pierwiastki chemiczne występujące w materii emitują promieniowanie rentgenowskie o charakterystycznej długości fali i dlatego można je zidentyfikować za pomocą spektralnego odcisku palca. Atomy żelaza pierwiastkowego są szczególnie użytecznym narzędziem diagnostycznym, ponieważ ten metal występuje najliczniej w kosmosie i promieniuje najintensywniej w wysokich temperaturach.
W sposób podobny do pułapek radarowych, za pomocą których policja identyfikuje pędzące samochody, relatywistyczne prędkości atomów żelaza krążących wokół Czarnej Dziury można zmierzyć poprzez zmianę długości fali ich światła. Jednak dzięki kombinacji efektów przewidywanych przez specjalną i ogólną teorię względności Einsteina, charakterystyczny poszerzony, asymetryczny profil linii, tj. Rozmazany odcisk palca jest oczekiwany w świetle rentgenowskim Czarnych Dziur. Szczególna teoria względności zakłada, że poruszające się zegary pracują wolno, a ogólna teoria względności przewiduje, że zegary pracują wolno w pobliżu dużych mas. Oba efekty prowadzą do przesunięcia światła emitowanego przez atomy żelaza w część widma elektromagnetycznego o większej długości fali. Jeśli jednak obserwujemy materię krążącą w tak zwanym „dysku akrecyjnym” (ryc. 1) z boku, światło z pędzących do nas atomów wydaje się przesunięte na krótsze fale i znacznie jaśniejsze niż od nas oddalających się. Te efekty Względności są silniejsze, im bliżej materia sięga do czarnej dziury. Ze względu na zakrzywioną czasoprzestrzeń są najsilniejsze w szybko obracających się czarnych dziurach. W ostatnich latach pomiary relatywistycznych linii żelaza były możliwe w kilku pobliskich galaktykach - po raz pierwszy w 1995 roku z japońskim satelitą ASCA.
Teraz naukowcy z G-nther Hasinger z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa-Plancka wspólnie z grupą Xaviera Barconsa w hiszpańskim Instituto de F Fsica de Cantabria w Santander i Andy Fabian w Institute of Astronomy w Cambridge, Wielka Brytania odkryli relatywistycznie rozmazany odcisk palca atomów żelaza w średnim świetle rentgenowskim około 100 odległych czarnych dziur tła rentgenowskiego (ryc. 2). Astrofizycy wykorzystali obserwatorium rentgenowskie XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA. Przez ponad 500 godzin wskazywali instrument na pole w gwiazdozbiorze Wielkiego Wozu i odkryli kilkaset słabych źródeł promieniowania rentgenowskiego.
Z powodu ekspansji Wszechświata galaktyki oddalają się od nas z prędkością rosnącą wraz ze swoją odległością, a zatem ich linie widmowe pojawiają się przy różnej długości fali; astronomowie musieli najpierw skorygować światło rentgenowskie wszystkich obiektów do reszty ramy Drogi Mlecznej. Niezbędne pomiary odległości dla ponad 100 obiektów uzyskano za pomocą amerykańskiego teleskopu Keck. Po dodaniu światła ze wszystkich obiektów badacze byli bardzo zaskoczeni nieoczekiwanie dużym sygnałem i charakterystycznie poszerzonym kształtem linii żelaza.
Na podstawie siły sygnału wywnioskowali ułamek atomów żelaza w nagromadzonej materii. Zaskakujące jest, że chemiczna obfitość żelaza w „odżywianiu” tych stosunkowo młodych Czarnych Dziur jest około trzy razy wyższa niż w naszym Układzie Słonecznym, który powstał znacznie później. Centra galaktyk we wczesnym Wszechświecie musiały więc mieć szczególnie wydajną metodę wytwarzania żelaza, być może dlatego, że gwałtowna aktywność gwiazdotwórcza „rozmnaża” pierwiastki chemiczne dość szybko w aktywnych galaktykach. Szerokość linii wskazywała, że atomy żelaza muszą promieniować raczej blisko czarnej dziury, zgodnie z szybko wirującymi czarnymi dziurami. Wniosek ten znajduje również pośrednio inne grupy, które porównały energię na tle promieniowania rentgenowskiego z całkowitą masą „uśpionych” Czarnych Dziur w pobliskich galaktykach.
Oryginalne źródło: Max Planck Society News Release
Chcesz zaktualizować tło pulpitu komputera? Oto kilka zdjęć czarnego tła.
