24 juni 2021

Ruimtetelescopen onthullen geheimen turbulent zwart gat

Bewerkte afbeelding van Markarian 509, gemaakt door de Hubble Space Telescope. De heldere kern van het sterrenstelsel rond het superzware zwarte gat is veel lichter dan de rest van het sterrenstelsel. Sterke winden bewegen zich van de kern af (Credit: MAST/SRON)

Superzware zwarte gaten in het hart van actieve sterrenstelsels slokken grote hoeveelheden gas op. Hierbij morsen ze veel ‘voedsel’, dat wordt afgestoten in een turbulente uitstroom van gas. Een internationaal team van sterrenkundigen heeft nu voor het eerst een paar bijzondere eigenschappen van zo’n ‘uitbarsting’ blootgelegd. Ze vonden boven het zwarte gat een ‘corona’ van heet gas die UV-straling omzet in röntgenstraling. Ook ontdekten ze koude ‘gaskogels’ in heter diffuus gas die met een snelheid van tot 700 km/s wegschieten van het zwarte gat. In tegenstelling tot wat veel mensen denken wordt niet alle materie rond een zwart gat opgeslokt. Op hun reis naar binnen zenden het gas en stof grote hoeveelheden röntgen- en ultraviolette straling uit. Deze straling kan zo sterk zijn dat een deel van het binnenstromende gas wordt omgeleid. Dit veroorzaakt winden die zich met een snelheid van vele honderden kilometers per seconde van het zwarte gat af bewegen. Zie hieronder de animatiefilm A journey into black hole winds (Virginia Tech) voor een indruk van dit proces.

Een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van SRON-onderzoeker dr. Jelle Kaastra kreeg de gelegenheid om zo’n extreem fenomeen te bestuderen bij een van de helderste superzware gaten die we kennen. Dit ‘monster’ in het ver weg gelegen sterrenstelsel Markarian 509 heeft een massa van meer dan 300 miljoen keer de massa van de Zon. Het zwarte gat van Markarian 509 is omringd door een gasschijf die helder ultraviolet licht uitstraalt. Deze ultraviolet-emissies variëren, maar hangen samen met emissies van zeer energierijke röntgenstraling (meer dan 100 keer zoveel energie als zichtbaar licht). “De enige manier om dat te verklaren is door aan te nemen dat er een ‘corona’ van heet gas boven de schijf hangt,” zegt Jelle Kaastra. “Deze corona – die een temperatuur van enkele miljoenen graden moet hebben – absorbeert en verwerkt het ultraviolette licht van de schijf, en zet de ultraviolette straling om in röntgenstraling. Door het gebied rond het zwarte gat met vijf ruimtetelescopen te bestuderen, waardoor we het gebied zeer gedetailleerd in kaart konden brengen, ontdekten we inderdaad zo’n corona van heet gas boven de schijf. Deze ontdekking werpt nieuw licht op waarnemingen van actieve sterrenstelsels die tot nu toe moeilijk te verklaren waren.”

Koude ‘gaskogels’

Dankzij een röntgenspectrum van de door SRON ontwikkelde Reflectie Tralie Spectrometer (RGS) aan boord van de ruimtetelescoop XMM Newton, het beste spectrum dat van de uitstroom van een superzwaar zwart gat is gemaakt, komen nu ongekende details aan het licht over de gasrijke omgeving. Zo is het nu voor het eerst mogelijk om te laten zien dat de naar buiten gerichte winden bestaan uit vijf verschillende componenten, met temperaturen die variëren van 20.000 tot 1 miljoen graden. Dankzij een ultraviolet spectrum van de Cosmic Origins Spectograph van de Hubble Space telescope (NASA/ESA) weten we nu dat het koelste gas in de kijkrichting van Markarian 509 veertien verschillende snelheden heeft in de kern van het sterrenstelsel. Tot dusver waren niet meer dan zeven verschillende snelheden gemeten. straling tonen aan dat het grootste deel van het zichtbare gas dat van het zwarte gat wegschiet, afkomstig is van een stofrijke ring van gas om het centrum van het gebied. Deze ring staat op een afstand van meer dan 15 lichtjaar van het zwarte gat. De uitstroom bestaat uit dichte, koude “gaskogels” ingebed in heter diffuus gas. Kaastra: “Zelfs bij een afstand van 15 lichtjaar blaast de energie die vlakbij het zwarte gat vrijkomt nog gas weg van de stofrijke ring die de schijf met het invallend gas omgeeft.” Verder naar buiten zien we de handtekening van het interstellaire gas van het gaststelsel. Dit gas is sterk geïoniseerd door de röntgenstraling die het zwarte gat in de kern uitzendt: atomen raken sommige of de meeste van hun elektronen kwijt als ze worden belicht door de krachtige röntgenstraling. Nog verder weg, op honderdduizenden lichtjaren, schijnt het röntgenlicht door gas dat met een snelheid van 200 km/s naar Markarian 509 toevalt. Dit gas wijst wellicht op een botsing met een kleiner sterrenstelsel in het verleden, wat Markarian 509 kan hebben geactiveerd.

Ruimtetelescopen

De sterrenkundigen deden hun waarnemingen met vijf grote ruimtetelescopen tijdens een campagne in de tweede helft van 2009. De basis werd gevormd door herhaalde waarnemingen van de ruimtetelescopen XMM Newton en INTEGRAL, die Markarian 509 zes weken lang in zichtbaar licht, röntgenstraling en gammastraling observeerden. Dit werd gevolgd door lange röntgenwaarnemingen met de Chandra-ruimtetelescoop (NASA), die gebruikmaakt van de door SRON ontwikkelde lage-energie transmissietralie, en van de nieuwe Cosmic Origin Spectograph van de Hubble Space Telescope. Voorafgaand aan al deze waarnemingen nam de Swift-satelliet op alle golflengten kiekjes van het zwarte gat en zijn omgeving om het gedrag van de bron in kaart te brengen. Door alle waarnemingen te combineren, verkregen de sterrenkundigen veel nieuwe informatie over de kern van een actief sterrenstelsel. Midden in de campagne kwam het zwarte gat tot een ‘uitbarsting’. De natuurkundige veranderingen als gevolg van de uitbarsting waren zichtbaar in een groot deel van het elektromagnetisch spectrum, van zichtbaar licht tot in röntgenstraling. Bron: SRON.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.