Att se röntgenstrålar slungas ut i universum av det supermassiva svarta hålet i mitten av en galax 800 miljoner ljusår bort, Astrofysikern Dan Wilkins vid Stanford University lade märke till ett spännande mönster. Han observerade en serie ljusa bloss av röntgenstrålar – spännande, men inte utan motstycke – och sedan, teleskopen registrerade något oväntat:ytterligare blixtar av röntgenstrålar som var mindre, senare och av andra "färger" än de ljusa blossarna.

Enligt teorin, dessa ljusekon överensstämde med röntgenstrålar som reflekterades bakom det svarta hålet – men även en grundläggande förståelse för svarta hål säger oss att det är en konstig plats för ljus att komma ifrån.

"Allt ljus som går in i det svarta hålet kommer inte ut, så vi borde inte kunna se något som finns bakom det svarta hålet, sa Wilkins, som är forskare vid Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology vid Stanford och SLAC National Accelerator Laboratory. Det är en annan märklig egenskap hos det svarta hålet, dock, som gör denna observation möjlig. "Anledningen till att vi kan se det är för att det svarta hålet förvränger rymden, böjer ljus och vrider magnetfält runt sig, " förklarade Wilkins.

Den märkliga upptäckten, detaljerat i en tidning publicerad 28 juli i Natur , är den första direkta observationen av ljus bakom ett svart hål – ett scenario som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori men som aldrig bekräftades, tills nu.

"Femtio år sedan, när astrofysiker börjar spekulera om hur magnetfältet kan bete sig nära ett svart hål, de hade ingen aning om att vi en dag skulle ha teknikerna för att observera detta direkt och se Einsteins allmänna relativitetsteori i aktion, " sa Roger Blandford, en medförfattare till artikeln som är Luke Blossom-professorn vid School of Humanities and Sciences och Stanford och SLAC professor i fysik och partikelfysik.

Hur man ser ett svart hål

Den ursprungliga motivationen bakom denna forskning var att lära sig mer om en mystisk egenskap hos vissa svarta hål, kallas corona. Material som faller in i ett supermassivt svart hål driver de ljusaste kontinuerliga ljuskällorna i universum, och när det gör det, bildar en korona runt det svarta hålet. Detta ljus – som är röntgenljus – kan analyseras för att kartlägga och karakterisera ett svart hål.

Den ledande teorin för vad en korona är börjar med att gas glider in i det svarta hålet där den överhettas till miljontals grader. Vid den temperaturen, elektroner separerade från atomer, skapa en magnetiserad plasma. Fångad i det svarta hålets kraftfulla snurr, magnetfältet är så högt över det svarta hålet, och snurrar om sig själv så mycket, att den så småningom går sönder helt – en situation som påminner så mycket om vad som händer runt vår egen sol att den lånade namnet "korona".

"Detta magnetiska fält som binds och sedan knäpper nära det svarta hålet värmer upp allt runt det och producerar dessa högenergielektroner som sedan fortsätter att producera röntgenstrålar, sa Wilkins.

När Wilkins tittade närmare för att undersöka ursprunget till blossarna, han såg en serie mindre blixtar. Dessa, forskarna fastställde, är samma röntgenstrålar men reflekteras från baksidan av skivan - en första glimt på bortre sidan av ett svart hål.

"Jag har byggt teoretiska förutsägelser om hur dessa ekon ser ut för oss under några år, " sa Wilkins. "Jag hade redan sett dem i teorin jag har utvecklat, så när jag såg dem i teleskopobservationerna, Jag kunde ta reda på sambandet."

Framtida observationer

Uppdraget att karakterisera och förstå coronas fortsätter och kommer att kräva mer observation. En del av den framtiden kommer att vara Europeiska rymdorganisationens röntgenobservatorium, Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics). Som medlem av Steve Allens labb, professor i fysik vid Stanford och i partikelfysik och astrofysik vid SLAC, Wilkins hjälper till att utveckla en del av Wide Field Imager-detektorn för Athena.

"Den har en mycket större spegel än vi någonsin har haft på ett röntgenteleskop och det kommer att låta oss få högre upplösningar på mycket kortare observationstider, " sa Wilkins. "Så, bilden vi börjar få från data för tillfället kommer att bli mycket tydligare med dessa nya observatorier."

Medförfattare till denna forskning är från Saint Mary's University (Kanada), Nederländska institutet för rymdforskning (SRON), University of Amsterdam och Pennsylvania State University.