Med nuvarande vetenskaplig kunskap och utrustning, Att förstå astrofysiska svarta hål kräver alltid detaljerade studier av de observerbara elementen som omger dem. STRONGGRAVITY -projektet har utvecklat nya analytiska verktyg för att göra just det, med fokus på strålning.
Strålningsprocesser som äger rum nära svarta hål berättar mycket om fysik under extrema förhållanden, förhållanden som inte ens de mest avancerade experimentella inställningarna kan återskapa. De ger också en unik möjlighet att testa Einsteins relativitetsteori i starkfältregimen.
Med hjälp av data från European Space Agency:s XMM-Newton röntgensatellituppdrag, European Southern Observatory och andra relevanta källor, projektet STRONGGRAVITY (Probing Strong Gravity by Black Holes Across the Masses Range) syftar till att bättre förstå dessa strålningsprocesser. Dr Michal Dovciak, tillsammans med sitt team vid Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, har ägnat de senaste fyra åren åt att analysera och tolka spektrala och snabba timingobservationer av system med svarta hål för att ytterligare förstå denna förståelse.
Projektets nya verktyg, som kan beräkna spektralen, timing och polarisationsegenskaper för strålningar i det svarta hålets närhet, hoppas inte bara kunna bidra till astrofysik, men också för att möjliggöra ny forskning och vetenskapliga idéer i Europa och utanför.
Varför är det viktigt att bättre förstå strålningsprocesser nära svarta hål?
Svarta hål är ganska väl förstådda som matematiska objekt, men det finns fortfarande många mysterier om hur de beter sig som astrofysiska objekt. Hur interagerar de med sin omgivning i galaxernas centrum? Hur livnär de sig på närliggande materia och vad är deras typ av ackumulering? Vad är orsakerna till de utflöden genom vilka de matar värdgalaxen?
All information vi kan få om svarta hål eftersom astrofysiska föremål härrör från strålning i deras närhet, särskilt de med mycket hög energi. Därför, vi koncentrerar oss främst på röntgenstrålar. Vi måste dechiffrera alla processer som skapar eller påverkar denna strålning för att bättre förstå vad som händer, mer specifikt, vilka komponenter dessa system består av (ackretionsskiva, korona, vindar, etc.), vad deras egenskaper är och hur de inbördes interagerar.
Vilken typ av svarta hål fokuserar du på och varför?
Vi fokuserar på många ljusa, aktiva galaktiska kärnor-var och en är värd för ett supermassivt svart hål med ett massintervall som motsvarar miljontals eller miljarder solmassor-samt några svarta hål med starkt ursprung i vår galax.
En särskild källa till intresse är Sgr A*-det supermassiva men ändå tysta svarta hålet i mitten av vår galax. Vi har koncentrerat oss på de mest aktiva arterna av svarta hål, eftersom de ger oss största möjliga mängd information för att studera dem.
Vad skulle du säga var de viktigaste bidragen till projektet?
Vi har utvecklat några nya sofistikerade verktyg och modeller samt förbättrade redan existerande. Dessa verktyg och modeller används nu av astronomer för att mycket bättre förstå data som kommer från markbaserade och satellitobservationer.
Med hjälp av dessa verktyg, vi har till exempel upptäckt den första antydan någonsin till den relativistiska presessionen i omloppet för en av stjärnorna som är närmast Vintergatans centrala svarta hål.
Hur kommer dessa nya verktyg att bidra till framtida uppdrag som ATHENA?
Vi har redan använt dem för att definiera det vetenskapliga ämnet 'De nära omgivningarna i de supermassiva svarta hålen' för uppdraget ATHENA. Vi har simulerat observationer med olika instrument för detta uppdrag för att uppskatta deras prestanda i olika möjliga konfigurationer. De två huvudsakliga målen i detta tema består i att mäta rotation av svart hål via röntgenreflektion från ackretionsskivan samt geometri för ackretionskivorona via röntgen efterklangstudier.
Hur kan dina verktyg nås och användas av det vetenskapliga samfundet?
Vi har en särskild webbsida på vår webbplats där verktygen tillhandahålls tillsammans med dokumentation om hur du använder dem.
Vad behöver du fortfarande uppnå innan projektets slut?
Det finns flera delprojekt som ännu inte ska slutföras och vi vill slutföra dem innan projektet är slut. Vi arbetar fortfarande med beräkningar av det inflytande som corona har på utsläpp av skivor, vi förbättrar koden för röntgen efterklangstudier och vi skulle vilja avsluta reflektionsmodellen för galaktiska binära hål i svart hål.
