Några av de mest massiva och avlägsna svarta hålen i universum avger en enorm mängd extraordinärt energisk strålning som kallas gammastrålar. Denna typ av strålning förekommer, till exempel, när massa omvandlas till energi under fissionsreaktioner som driver kärnreaktorer på jorden. Men när det gäller svarta hål, gammastrålning är ännu mer energisk än den som produceras i kärnreaktorer och är produkten av mycket olika processer; där, gammastrålarna skapas av kollisioner mellan ljusstrålar och högenergiska partiklar som föds i närheten av svarta hål med hjälp av mekanismer som fortfarande är dåligt förstådda.

Som ett resultat av dessa kollisioner mellan ljus och materia, de energirika partiklarna ger nästan all sin fart till ljusstrålarna och förvandlar dem till gammastrålningen som till slut når jorden.

Det astronomiska forskarsamhället misstänker att dessa kollisioner inträffar i regioner genomsyrade av kraftfulla magnetfält som utsätts för mycket varierande processer, såsom turbulens och magnetiska återkopplingar – magnetiska fält som smälter samman, frigör en häpnadsväckande mängd energi – som kan uppstå i materiestrålar som drivs ut av svarta hål. Men att sondera dessa magnetiska fält miljarder ljusår bort från jorden kräver mycket känsliga enheter och för att hitta det exakta ögonblicket när utsläppet av hög energi äger rum.

Detta är precis vad forskargruppen leds av Iván Martí-Vidal, CIDEGENT forskare från Valencias regering vid det astronomiska observatoriet och institutionen för astronomi vid universitetet i Valencia, och huvudförfattare till detta verk, har uppnått. Detta team har använt ALMA (Atacama Large Millimeter Array), det känsligaste teleskopet i världen vid millimetervåglängder, för att få exakt information om magnetfälten i ett avlägset svart hål, i ett ögonblick då energirika partiklar producerade en enorm mängd gammastrålning.

I en nyligen publicerad artikel i Astronomi &Astrofysik , forskarna rapporterar observationer av det svarta hålet som kallas PKS1830-211, ligger mer än 10 miljarder ljusår från jorden. Dessa observationer visar att magnetfälten i området där de mest energirika partiklarna i det svarta hålets jet bildas förändrade sin struktur, särskilt inom ett tidsintervall på bara några minuter.

"Detta innebär att magnetiska processer har sitt ursprung i mycket små och turbulenta regioner, precis som huvudmodellerna för produktion av gammastrålar i svarta hål förutspår, som relaterar turbulens till gammastrålning, " förklarar Iván Martí-Vidal. "Å andra sidan, förändringarna som vi har upptäckt ägde rum under en mycket kraftfull gammastrålningsepisod, vilket gör att vi kan relatera dem till de höga energiutsläppen. Allt detta för oss lite närmare att förstå ursprunget till den mest energiska strålningen i universum, " han lägger till.

Interferometri och nya algoritmer

För att analysera dessa data, Martí-Vidals team har använt en avancerad analysteknik som gör att de kan få information om snabbt föränderliga källor från interferometriska observationer, som de som erhållits med ALMA. "Interferometri ger oss kraften att observera universum med en oöverträffad detaljnivå, faktiskt, det är tekniken som Event Horizon Telescope (EHT) också är baserad på, som nyligen tog den första bilden av ett svart hål, " säger Martí-Vidal. "En del av vårt CIDEGENT-projekt är, faktiskt, dedikerade till att utveckla algoritmer som den vi har använt i dessa ALMA-observationer, men tillämplig på mycket mer komplexa data som de från EHT, som skulle tillåta oss att rekonstruera, inom en snar framtid, "filmer" av svarta hål, istället för bara bilder, säger astronomen vid universitetet i Valencia.

Alejandro Mus, CIDEGENT predoctoral forskare vid UV-avdelningen för astronomi och medförfattare till artikeln, utvecklar sin doktorsavhandling inom detta område. "Inom EHT-projektet, det finns många experter från flera institutioner som arbetar mot klockan för att lösa problemet med snabb källvariabilitet, " säger Mus. "För tillfället, algoritmen vi har utvecklat fungerar med ALMA-data och har redan gjort det möjligt för oss att få nyckelinformation om hur magnetfälten associerade med PKS1830-211 förändras på skalor av några tiotals minuter. Vi hoppas att snart kunna bidra till EHT med de mer sofistikerade algoritmer vi arbetar med, " avslutar han.