Event Horizon Telescope Collaboration släppte den första bilden av ett svart hål med observationer av den massiva, mörkt föremål i centrum av Messier 87, eller M87, sista april. Detta svarta hål har en massa på cirka 6,5 ​​miljarder gånger solens och ligger cirka 55 miljoner ljusår från jorden. Det svarta hålet har kallats M87* av astronomer och har nyligen fått det hawaiianska namnet "Powehi".

I åratal, astronomer har observerat strålning från en stråle av högenergipartiklar – som drivs av det svarta hålet – som spränger ut ur mitten av M87. De har studerat jetplanet i radio, optisk, och röntgenljus, inklusive med Chandra. Och nu genom att använda Chandra-observationer, forskare har sett att delar av strålen rör sig med nästan ljusets hastighet.

"Det här är första gången sådana extrema hastigheter av ett svart håls jet har registrerats med hjälp av röntgendata, " sa Ralph Kraft från Center of Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) i Cambridge, Massa., som presenterade studien vid American Astronomical Society möte i Honolulu, Hawaii. "Vi behövde Chandras skarpa röntgensyn för att göra dessa mätningar."

När materia kommer tillräckligt nära ett svart hål, den går in i ett virvlande mönster som kallas en accretion disk. En del material från den inre delen av accretionskivan faller på det svarta hålet och en del av det omdirigeras bort från det svarta hålet i form av smala strålar, eller jets, av material längs magnetfältslinjer. Eftersom denna infallsprocess är oregelbunden, strålarna är gjorda av klumpar eller knutar som ibland kan identifieras med Chandra och andra teleskop.

Forskarna använde Chandra-observationer från 2012 och 2017 för att spåra rörelsen av två röntgenknutar placerade i jetstrålen cirka 900 och 2, 500 ljusår från det svarta hålet. Röntgendata visar rörelse med skenbara hastigheter på 6,3 gånger ljusets hastighet för röntgenknuten närmare det svarta hålet och 2,4 gånger ljusets hastighet för det andra.

"En av fysikens okrossbara lagar är att ingenting kan röra sig snabbare än ljusets hastighet, " sa medförfattaren Brad Snios, även av CfA. "Vi har inte brutit fysiken, men vi har hittat ett exempel på ett fantastiskt fenomen som kallas superluminal rörelse."

Superluminal rörelse uppstår när föremål färdas nära ljusets hastighet längs en riktning som är nära vår synlinje. Jetstrålen färdas nästan lika snabbt mot oss som ljuset den genererar, ger illusionen av att strålens rörelse är mycket snabbare än ljusets hastighet. I fallet med M87*, jetplanet pekar nära vår riktning, vilket resulterar i dessa exotiska skenbara hastigheter.

Astronomer har tidigare sett sådana rörelser i M87*:s jet vid radio och optiska våglängder, men de har inte definitivt kunnat visa att materia i jetstrålen rör sig mycket nära ljusets hastighet. Till exempel, de rörliga dragen kan vara en våg eller en stöt, liknar en ljudbom från ett överljudsplan, snarare än att spåra materiens rörelser.

Detta senaste resultat visar röntgenstrålningens förmåga att fungera som en exakt kosmisk fartpistol. Teamet observerade att funktionen som rörde sig med en skenbar hastighet på 6,3 gånger ljusets hastighet också bleknade med över 70 % mellan 2012 och 2017. Denna blekning orsakades sannolikt av partiklars förlust av energi på grund av den strålning som produceras när de spirar runt en magnetiskt fält. För att detta ska ske måste teamet se röntgenstrålar från samma partiklar vid båda tillfällena, och inte en rörlig våg.

"Vårt arbete ger de starkaste bevisen hittills på att partiklar i M87*:s jet faktiskt färdas nära den kosmiska hastighetsgränsen", sa Snios.

Chandra-data är ett utmärkt komplement till EHT-data. Storleken på ringen runt det svarta hålet som ses med Event Horizon-teleskopet är ungefär hundra miljoner gånger mindre än storleken på strålen som ses med Chandra.

En annan skillnad är att EHT observerade M87 under sex dagar i april 2017, ger en ny ögonblicksbild av det svarta hålet. Chandra-observationerna undersöker utstött material inom jetstrålar som lanserades från det svarta hålet hundratals och tusentals år tidigare.

"Det är som att Event Horizon-teleskopet ger en närbild av en raketgevär, " sa CfA:s Paul Nulsen, en annan medförfattare till studien, "och Chandra visar oss raketerna under flygning."

Förutom att presenteras på AAS-mötet, dessa resultat beskrivs också i en artikel i The Astrofysisk tidskrift leds av Brad Snios som är tillgänglig online.