Die internationale Zusammenarbeit zwischen Japan und Schweden hat dazu beigetragen, zu klären, wie sich die Schwerkraft auf die Form der Materie um ein Schwarzes Loch in der Cygnus X-1-Binärdatei auswirkt. Ihre Ergebnisse, die diesen Monat in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, werden Wissenschaftlern helfen, die Physik der starken Schwerkraft und die Entwicklung von Schwarzen Löchern und Galaxien besser zu verstehen.
Nahe dem Zentrum des Sternbildes Cygnus befindet sich ein Stern, der das erste im Universum gefundene Schwarze Loch umkreist. Zusammen bilden sie ein binäres System, das als Cygnus X-1 bekannt ist. Dieses Schwarze Loch ist auch eine der hellsten Röntgenquellen am Himmel. Die Geometrie der Materie, die dieses Licht erzeugt, war jedoch ungewiss. Das Forscherteam enthüllte diese Informationen dank einer neuen Röntgenpolarimetrietechnik.
Ein Schwarzes Loch zu fotografieren ist nicht einfach. Erstens kann ein Schwarzes Loch nicht gesehen werden, weil das Licht es nicht verlassen kann. Anstatt das Schwarze Loch selbst zu beobachten, können Wissenschaftler Licht beobachten, das von der Materie daneben ausgeht. Im Fall von Cygnus X-1 wird dieses Licht von einem Stern in der Nähe des Schwarzen Lochs emittiert.
Das meiste Licht, das wir sehen, vibriert in viele Richtungen. Die Polarisation filtert das Licht so, dass es in eine Richtung vibriert. Dies ähnelt der Art und Weise, wie Schneebrillen mit polarisierten Gläsern den Skifahrern zeigen, wo sie den Berg hinunterfahren, da der Filter den Schnee verteilt, der vom Schnee reflektiert wird.
"Mit harten Röntgenstrahlen in der Nähe eines Schwarzen Lochs ist es genauso", sagt Co-Autor Hiromitsu Takahashi. „Aber dieser Filter erhält harte Röntgen- und Gammastrahlen vom Schwarzen Loch. Keine Brille wird Sie vor diesen Strahlen bewahren, daher benötigen wir ein anderes spezielles Gerät, um diese Lichtstreuung zu messen."
Das Team musste herausfinden, woher das Licht kommt und wo es streut. Für beide Messungen wurde ein PoGO + Röntgenballonpolarimeter verwendet. Zwei konkurrierende Modelle beschreiben, wie Materie neben einem Schwarzen Loch in einem Binärsystem wie Cygnus X-1 aussieht: der Laternenpfahl und das erweiterte Modell. Beim Laternenpfahlmodell ist die Korona kompakt und eng mit dem Schwarzen Loch verwandt. Die Photonen biegen sich in Richtung der Akkretionsscheibe, was zu einer stärkeren Lichtreflexion führt. Im erweiterten Modell ist die Korona größer und breitet sich um das Schwarze Loch aus. Das von der Scheibe reflektierte Licht ist schwächer. Da sich das Licht in der starken Schwerkraft des Schwarzen Lochs nicht stark bog, kam das Team zu dem Schluss, dass das Schwarze Loch dem erweiterten Koronamodell folgt.
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Ilya Khel
