23 april 2019

Energieverlies geeft inzicht in evolutie quasar jets

De radio jet van de quasar 4C + 19.44, aangedreven door een superzwaar zwart gat in het midden van zijn melkwegstelsel en schijnt fel op de radiogolflengten zoals gezien door de LOFAR radiotelescoop (magenta). De achtergrondafbeelding toont naburige sterrenstelsels in het zichtbare licht gefotografeerd door de Hubble Space Telescope (cyaan en oranje) waarbij de radio jet de duisternis van de intergalactische ruimte in schiet (Harris et al. 2019). Credit: NASA / HST / LOFAR; Met dank aan J. DePasquale.

Een internationaal team van astrofysici namen voor de eerste keer waar dat de jet van een quasar minder krachtig is op lange radiogolflengten dan eerder voorspeld. Deze ontdekking geeft nieuwe inzichten in de evolutie van quasar jets. De observatie deden ze met de internationale Low Frequency Array (LOFAR) telescoop, die hoge resolutie afbeeldingen maakte van de quasar 4C+19.44 meer dan 5 miljard lichtjaar verwijderd van de aarde.
Superzware zwarte gaten, miljoenen keren zwaarder dan onze zon, bevinden zich in het centrale gebied van sterrenstelsels. Ze worden nog groter door nabijgelegen gas en stof aan te zuigen. Als de materie op hoge snelheid het zwarte gat invalt schijnt de materie helder en staat de bron bekend als een quasar. Een gedeelte van dit invallende gas en stof wordt niet verteerd, maar wordt in plaats daarvan naar buiten geschoten in de vorm van zogenaamde jets, ook wel straalstromen genoemd, die door het omringende sterrenstelsel heen miljoenen lichtjaren de intergalactische ruimte in schieten. Deze jets stralen fel op radiogolflengten en bestaan ??uit deeltjes die versnellen tot bijna de snelheid van het licht. Het is nog onduidelijk hoe deze deeltjes een dergelijke hoge energie bereiken die niet haalbaar is op aarde.
De ontdekking van de quasar 4C+19.44 geeft nieuwe inzichten in de balans tussen de energie in het gebied rondom de quasar en de energie aanwezig in de jet. Deze bevinding duidt op een intrinsieke eigenschap van de bron in plaats van op absorptie-effecten. Het impliceert dat het beschikbare energiebudget om deeltjes te versnellen en de balans tussen de energie opgeslagen in de deeltjes en in het magnetische veld, minder is dan verwacht.
“Dit is een belangrijke ontdekking die de komende jaren zal worden gebruikt om simulaties van jets te verbeteren. We namen voor de eerste keer een nieuwe eigenschap van deeltjesversnelling waar in de energie van de quasar jets op lange radiogolflengten. Een onverwacht gedrag dat onze interpretatie van hun evolutie verandert.”, Aldus prof. Francesco Massaro van de Universiteit van Turijn. “We wisten dat dit al ontdekt was in andere kosmische bronnen, maar het was nog nooit eerder in quasars waargenomen.”
Het internationale team van astrofysici had de jet van de quasar 4C+19.44 waargenomen op korte radiogolflengten, in zichtbaar licht en in röntgenstraling. Door de bijdrage van de LOFAR afbeeldingen konden astrofysici deze ontdekking doen. LOFAR is de eerste radiofaciliteit die op lange radiogolflengten werkt en die scherpe beelden produceert met een resolutie die vergelijkbaar is met die van de Hubble Space Telescope.

Impressie van een superzwaar zwart gat in de kern van een quasar met een omringende snel roterende accretieschijf. Credit: NASA.

“We hebben dit experiment kunnen uitvoeren dankzij de hoogste resolutie ooit behaald op deze lange radiogolflengten, mogelijk gemaakt door LOFAR.” zei dr. Adam Deller, een astrofysicus van de Technische Universiteit van Swinburne, die heeft bijgedragen aan de LOFAR gegevensanalyse en beeldvorming van 4C +19.44, terwijl hij bij ASTRON in Nederland de kern is van de LOFAR samenwerking.
Dr. Raymond Oonk, astronoom bij ASTRON en de Universiteit van Leiden en Dr. Javier Moldon, astronoom aan de Universiteit van Manchester, legden uit: “We hebben nieuwe kalibratietechnieken voor LOFAR ontwikkeld en dit heeft ons in staat gesteld om compacte radiostructuren in de quasar jet te onderscheiden, ook wel radioknopen (radio knots) genoemd, en hun uitgezonden licht te meten. Dit resultaat was onverwacht en vereist in de toekomst uitgebreider onderzoek. Nieuwe inzichten en aanwijzingen over deeltjesversnelling zullen binnenkort komen dankzij de internationale stations van LOFAR.”
De observatie uitgevoerd op de radio jet van 4C + 19,44 werd ontworpen door dr. D.E. Harris, leidinggevende van prof. Francesco Massaro, toen hij enkele jaren geleden werkte aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hij voerde de waarneming uit in samenwerking met dr. Raffaella Morganti en zijn vrienden en collega’s bij ASTRON. Hij kreeg nog de gelegenheid om voorlopige resultaten te zien voordat hij op 6 december 2015 overleed. Deze publicatie, gepubliceerd in het eerste maart nummer van het Astrophysical Journal, is ter nagedachtenis aan een carrière dat een groot deel van de geschiedenis van de radioastronomie omvatte. Bron: ASTRON.

Laat wat van je horen

*

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