| Michael Faraday, afkomstig uit een arm gezin, kreeg weinig scholing. Hij moest op zijn 14e gaan werken als boekbinder, maar las in zijn vrije tijd ieder boek dat door zijn handen ging. Zo leidde hij zichzelf op en vergaarde een grote kennis op veel wetenschapsterreinen. Hij schreef tal van belangrijke ontdekkingen op zijn naam en groeide uit tot een van de meest gerespecteerde wetenschappers uit zijn tijd. Hij wordt door velen beschouwd als de grootste experimentele wetenschapper ooit. Toen Faraday in 1845 na maanden experimenteren met allerhande materialen een stuk loodglas in een magnetisch veld plaatste, en rotatie van het door het glas gestuurde gepolariseerde licht waarnam, bewees hij dat licht en magnetisme gerelateerd waren. Zijn experimenten toonden ook aan dat die rotatie afhankelijk is van de golflengte van het licht (klik). Later in 1855 zou Maxwell met zijn paper 'On Faraday's lines of force' een degelijke theoretische basis onder het werk van Faraday (die de wiskunde nauwelijks machtig was) leggen. De naar hem genoemde Faraday rotatie ligt nu aan de basis van een belangrijke vooruitgang in onze kennis van zwarte gaten en quasars. |
- Faraday rotatie.jpg (26.99 KiB) 447 keer bekeken
Zwarte gaten en quasars
| We weten inmiddels dat quasars de ongemeen energieke jets zijn die, als de lichten van een vuurtoren, met enorme snelheid via de rotatiepolen van grote actieve zwarte gaten het heelal worden ingejaagd. Meer hierover in bijvoorbeeld dit topic. Maar hoe die jets nu precies ontstaan, en waar ze precies uit bestaan is voornamelijk een theoretisch exercitie. Vermoed wordt dat de spiraalvormige vervorming van de ruimte rond een snel roterend zwart gat een rol speelde. Deze zogenoemde 'Frame dragging' werd door Einstein al voorspeld, en is niet zo lang geleden door Gravity Probe b aangetoond (klik). De gigantische zwaartekracht van het roterende zwarte gat windt de ruimte rond het zwarte gat op als het papiertje rond een snoepje en alles in deze sterk vervormde ruimte heeft die vervorming maar te volgen, zo-ook eventuele magnetische veldlijnen. Omdat de materie die al maar sneller naar de waarnemingshorizon van het black hole spiraalt extreem heet wordt is ze een deel van haar elektronen kwijt geraakt, en dit plasma is elektrisch geleidend geworden. |
| Extreem snel roterend elektrisch geleidend materiaal moet enorm krachtige magnetische velden opwekken, en het zijn dan ook de opgewonden magnetische veldlijnen die geacht worden een deel van de naar het zwarte gat spiralende materie naar de rotatiepolen te sturen. Daar wordt de hete materie, ingevangen in een koker van gedraaide magnetische veldlijnen, met een snelheid die die van het licht benadert in twee bundels het heelal ingejaagd. Hier wint de kracht van het magnetische veld het van de gigantische zwaartekracht van het black hole, de veldsterkte moet dus enorm zijn. |
|
Hier komt Michael Faraday ons, 170 jaar na zijn ontdekking, te hulp.
Net zoals het gepolariseerde licht dat door het magneetveld in zijn loodglas roteerde, moet ook de elektromagnetische straling in een roterend veld gepolariseerd raken, en die polarisatie is mede afhankelijk van de golflengte van de straling. Door de polarisatie op verschillende golflengten te meten kan de sterkte van het magnetisch veld worden afgeleid.
Tot voor kort was het echter niet mogelijk een dergelijke meting vlak bij de waarnemingshorizon van een zwart gat te doen. Vrijwel alle straling wordt volledig geabsorbeerd en is onzichtbaar vanaf de Aarde. Maar sub-millimetergolven kunnen wel door de wolken van stof en gas heendringen. Dat moet dan gecombineerd worden met een enorm hoog oplossend vermogen (het black hole ligt maar liefst 7 miljard lichtjaar ver weg).
En hier toont de Atacama Large Milimeter Array (Alma, zie ook hier en hier) wederom haar spierballen en enorme precisie (objecten tot 6 milli-boogseconde kunnen worden opgelost).
Alma
| Het is wetenschappers gelukt om met behulp van dit fantastische instrument de Faraday rotatie tot op enkele lichtdagen vanaf het black hole te meten. Het magnetisch veld is volgens de wetenschappers meer dan duizend keer zo sterk als het sterkste veld ooit waargenomen. Een veld van minimaal tientallen Gauss sterk op 3 lichtdagen afstand (tien keer de afstand Pluto - Zon) van het zwarte gat. Dat is inderdaad een extreem sterk magnetisch veld, en de meting ervan biedt een sterke ondersteuning van de theorie. |
Ivan Martí-Vidal et al Chalmers University of Technology:
The mechanism that forms such a jet and guides it over scales from a few light-days up to millions of light-years remains uncertain, but magnetic fields are thought to play a critical role. Using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), we have detected a polarization signal (Faraday rotation) related to the strong magnetic field at the jet base of a distant AGN, PKS 1830−211. The amount of Faraday rotation (rotation measure) is proportional to the integral of the magnetic field strength along the line of sight times the density of electrons. The high rotation measures derived suggest magnetic fields of at least tens of Gauss (and possibly considerably higher) on scales of the order of light-days (0.01 parsec) from the black hole.
Het actieve zwarte gat PKS 1830-211. Aan het einde van het filmpje wordt een afbeelding van de materie rond het gat getoond zoals door Alma is vastgelegd.
Meer lezen?: klik, klik
Bijlage bij het wetenschappelijk paper:
