Relativistiska effekter bakom gåtfulla variationer?

En typ av objekt som ges mycket uppmärksamhet inom röntgenastronomin är röntgenbinärer. Det är stjärnsystem som består av en normal stjärna och ett kompakt objekt, dvs en neutronstjärna eller ett svart hål. Gas från stjärnan fångas in av det kompakta objektet och bildar på vägen in mot det en skiva. I de inre delarna av denna ackretionsskiva hettas gasen upp till miljontals grader, och det är här som röntgenstrålningen uppstår.

För drygt 10 år sedan sköt amerikanska rymdstyrelsen NASA upp satelliten Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). Som namnet antyder mäter den röntgenstrålning, och är särskilt konstruerad för att kunna mäta snabba variationer med tiden. Redan inom något år upptäckte man nästan periodiska ljusvariationer (så kallade 'kvasi-periodiska oscillationer', QPOs på engelska) från många röntgenbinärer. Dessa variationer sker på tidsskalor från flera sekunder ner till knappt en tusendels sekund. Fortfarande finns dock ingen allmänt accepterad förklaring till hur de uppkommer. Sannolikt är det också olika mekanismer som ligger bakom de långsamma och de snabba variationerna.

Högenergigruppen vid Stockholms observatorium har undersökt de långsammare variationerna från en av de mest studerade röntgenbinärerna, Cygnus X-1. Genom att gå igenom samtliga observationer gjorda med RXTE-satelliten - totalt över 750 stycken - har man noggrannt kunnat följa hur ljusvariationerna utvecklas. De första resultaten publicerades i en artikel i tidskriften Astronomy & Astrophysics i augusti 2005. De tyder på att variationerna i Cygnus X-1 uppkommer i de innersta delarna av ackretionsskivan, som en följd av det starka gravitationsfältet nära det svarta hålet. När den inre kanten av skivan rör sig, kommer även frekvensen på variationerna ändras, och det är denna ändring som man studerat. En uppföljning av studien, som kommer att publiceras i samma tidskrift, stärker denna teori. Det innebär att de uppmätta ljusvariationerna kan användas för att mycket precist bestämma hur nära det svarta hålet ackretionsskivan ligger.