Romulus laat zien dat groei van superzware zwarte gaten samenhangt met het omringende sterrenstelsel

Fragment uit de Romulus simulatie. Credit: P. Natarajan et al.

Ik begon de dag al heel vroeg met superzware zwarte gaten, dus laat ik ‘m er ook maar mee afsluiten. Dat er een verband is tussen de groei van superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels en dat omringende sterrenstelsel zelf wordt al heel lang vermoed, maar hoe die relatie er dan precies uitziet is niet bekend. Eigenlijk lagen er ruwweg twee varianten van relaties: de groei van groei van superzware zwarte gaten (Engels: supermassive black holes, SMBH’s) zou verband kunnen houden met de snelheid waarmee sterren geboren worden in het sterrenstelsel óf het zou gelinkt zijn aan de massa van het sterrenstelsel. Een team van sterrenkundigen van Yale Universiteit onder leiding van Priyamvada Natarajan heeft nu ontdekt dat die relatie er inderdaad is en eigenlijk dat beide varianten juist zijn. Daar zijn ze achter gekomen door een simulatie op de computer van het heelal, waarin vanaf de oerknal tot aan nu nagebootst wordt welke scenario’s er allemaal mogelijk zijn in de evolutie van sterrenstelsels en de SMBH’s in hun centra. De naam van die simulatie: Romulus. Die laat zien dat de groei van SMBH’s gekoppeld is aan die snelheid van stervorming: hoe groter de snelheid van stervorming des te groter de groei van de SMBH’s. Maar ook blijkt dat er een soort van zelf-corrigerende factor is: als SMBH’s te groot worden in verhouding tot het hun omringende stelsel dan zal z’n groei door diverse fysische processen afnemen (zoals verminderde toevoer van materie), is de SMBH daarentegen te klein in verhouding tot het omringende stelsel dan zal ‘ie juist flink in omvang toenemen en de verhouding weer compenseren.

Bron: Yale.

Bij BNR geweest over de drie superzware zwarte gaten die op ramkoers met elkaar liggen

Normaal gesproken gaat op maandagmorgen mijn wekker om 06.30 uur en dan lig ik daarna nog een klein half uur te snoezelen om langzaam wakker te worden en bij te komen van het afgelopen weekend. Maar vanochtend moest ik de wekker een half uur eerder af laten gaan, want ik werd al om 06.20 uur geïnterviewd door Bas van Werven van BNR, Business Nieuws Radio. Ze wilden weten hoe dat nou precies zat met die drie superzware zwarte gaten die waren ontdekt en die op elkaar afvliegen – ik blogde daar vorige week over. Hieronder is het (korte) interview te beluisteren en hier een linkje naar een artikel op BNR over de zwarte gaten.

BNR nieuwsradio

Hieronder nog een korte video over de drie superzware zwarte gaten op ramkoers.

AstroTweets van de Week

Credit foto achtergrond: HUDF/Hubble/NASA/ESA

Een prachtige foto van de VLT, waar ze met lasers doen aan adaptieve optiek.

Sterrenkundigen zijn het er duidelijk niet over eens hoeveel aardachtige planeten er voorkomen bij andere sterren, een factor die Eta Earth wordt genoemd. Grote verschillen in schattingen zo te zien.

Blijft fascinerend – ik heb er al eens eerder over geblogd: deze foto van de zon is ’s nachts gemaakt! Het ‘licht’ van de zon kwam van dwars door de aarde. Nee niet van fotonen, maar van neutrino’s dit keer.

Marco Langbroek heeft geëvalueerd hoe het een half jaar na die ASAT test in de ruimte van India staat, waarbij ze een satelliet expres aan gruzelementen schoten.

Ook Leidse sterrenkundigen zijn vrijdag wezen staken voor het klimaat.

Zo zie je heel mooi hoe de zon op de zuidpool beweegt. Niks op en neer, gewoon een horizontale beweging.

Een mooie video waarin je de relatieve beweging van objecten in beeld ziet.

We zoomen even in op M87, het gigantische elliptische sterrenstelsel waarvan ze het centrale zwarte gat (M87* a.k.a. Powehi) met de EHT hebben gefotografeerd.


Credit: @ESO / Daniele Gasparri (socsi.in/IdjB7)

Oudste protocluster van sterrenstelsels in vroege heelal ontdekt, het ‘Hof van de Koningin’

De protocluster van twaalf sterrenstelsels in het vroege heelal. Credit: NAOJ/Harikane et al

Een internationaal team van sterrenkundigen heeft gebruikmakend van de grote telescopen van Subaru, Keck en Gemini – allemaal gelegen op Hawaï – een groepje van twaalf sterrenstelsels ontdekt in het sterrenbeeld Walvis (Cetus), dat al 13 miljard jaar geleden bestond. Dat betekent dat dit groepje al 800 miljoen jaar na de oerknal bestond, toen het heelal nog maar 6% van z’n huidige leeftijd had. Dit betekent dat het op dit moment het vroegst bekende protocluster van sterrenstelsels is – protoclusters zijn de voorlopers van de hedendaagse clusters van sterrenstelsels, die uit wel duizenden sterrenstelsels kunnen bestaan, allemaal gravitationeel verbonden aan elkaar. Eén van de twaalf stelsels is de enorme Lyman-Alpha gaswolk Himiko, die al tien jaar geleden werd ontdekt, genoemd naar een legendarische Japanse koningin. De protocluster wordt daarom het ‘Hof van de Koningin’ genoemd, the Queens Court – catalogusnaam z66OD. Het vreemde is dat Himiko, als grootste van de twaalf stelsels, niet in het midden van de cluster ligt, maar juist aan de rand. In die zin is er ook wel een gelijkenis met die Japanse koningin, die ook ver weg gelegen van haar onderdanen woonde.

Driedimensionale kaart van sterrenstelsels die met de drie telescopen zijn bestudeerd. De rode pijl wijst naar de nu ontdekte protocluster. Credit: NAOJ/Harikane et al.

De vorige recordhouder protocluster qua leeftijd was de Subaru Deep Field (SDF) in het sterrenbeeld Haar van Berenice (Coma Berenice), die 100 miljoen jaar dichterbij de aarde staat. Het Hof van de Koningin blijkt een enorme productiesnelheid van sterren te hebben, wel vijf keer hoger dan in andere sterrenstelsels van dezelfde massa in het vroege heelal. Op 30 september zal dit vakartikel verschijnen in The Astrophysical Journal over de ontdekking van dit protocluster. Bron: Subaru.

Je verwacht ’t niet: exoplanetenjager TESS die ziet hoe een zwart gat een ster aan stukken scheurt

Impressie van een TDE. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

Ze worden ‘tidal disruption events’ (TDE’s) genoemd, felle uitbarstingen van straling als een ster in z’n laatste noodkreet aan flarden wordt gescheurd door een zwart gat, waar ‘ie te dichtbij gekomen is. Die TDE’s zijn vaker waargenomen, maar begin dit jaar was er wel een bijzondere waarnemer van zo’n catastrofale gebeurtenis: NASA’s exoplanetenjager Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Normaal gesproken tuurt die naar lichtdipjes bij sterren in de Melkweg om te kijken of daar exoplaneten in de buurt zijn. Maar op 29 januari was met de All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), een wereldwijd netwerk van 20 telescope, een TDE ontdekt en die stond toevallig in een gebied aan de hemel waar TESS ook vaak naar kijkt. Die houdt gedurende 27 dagen telkens een strook aan de hemel in de gaten en deze TDE, ASASSN-19bt geheten, bevond zich in die strook. Zodoende kon TESS de TDE lang in de gaten houden – sterker nog, TESS bleek al vóór de TDE iets te hebben gezien en wel op 21 januari. Omdat de data van TESS telkens wordt opgespaard en pas na twee weken naar de aarde wordt verzonden had men die pro-TDE niet tijdig opgemerkt. TESS heeft ook een zogeheten ‘southern continuous viewing zone’, waar minstens één van z’n vier camera’s naar toe gericht is en omdat ASASSN-19bt daarin ligt kon TESS ‘m zelfs maanden lang bestuderen. Uit de waarnemingen blijkt dat de ster vóór de verscheuring door het zwarte gat een afkoeling meemaakte, waabij z’n temperatuur van 40.000 naar 20.000 °C daalde.

Het zwarte gat dat de ster verorberde weegt ongeveer zes miljoen keer de massa van de zon en hij ligt in het centrum van het sterrenstelsel 2MASX J07001137-6602251, op 375 miljoen lichtjaar afstand van ons in het zuidelijke sterrenbeeld Vliegende Vis (Volans). Het stelsel blijkt jonger en stofrijker te zijn dan de stelsels waarin eerdere TDE’s zijn waargenomen. Vandaag verscheen er een vakartikel over in het blad The Astrophysical Journal.

Bron: NASA.

Mysterieuze radioflits verlicht de serene halo van een sterrenstelsel

Artist’s impression van een snelle radioflits die door de ruimte reist en de aarde bereikt. Credit: ESO/M. Kornmesser

Astronomen die gebruik maken van ESO’s Very Large Telescope hebben voor het eerst waarnemingen gedaan van een snelle radioflits die door de halo van een sterrenstelsel heen ging. De mysterieuze uitbarsting van kosmische radiostraling, die nog geen milliseconde duurde, passeerde de halo vrijwel onverstoord, wat erop wijst dat deze verrassend ijl is en geen sterk magnetisch veld heeft. Deze techniek kan worden gebruikt om ook de ongrijpbare halo’s van andere sterrenstelsels te onderzoeken.

Met behulp van het signaal van een snelle radioflits hebben astronomen het diffuse gas in de halo van een massarijk sterrenstelsel doorgelicht [1]De halo van ijl gas strekt zich uit tot ver buiten het lichtgevende deel van een sterrenstelsel, waar zich de sterren hebben verzameld. Hoewel dit hete, diffuse gas meer aan de massa van een … Continue reading. In november 2018 detecteerde de Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop een snelle radioflits die de aanduiding FRB 181112 kreeg. Vervolgwaarnemingen met ESO’s Very Large Telescope (VLT) en andere telescopen hebben laten zien dat de radiopulsen onderweg naar de aarde door de halo van een groot sterrenstelsel zijn gegaan. Deze ontdekking stelde astronomen in de gelegenheid om het radiosignaal te onderzoeken op aanwijzingen over de eigenschappen van het halogas.

nfographic die laat zien dat FRB 181112 dwars door de halo van een tussenliggend sterrenstelsel is gegaan. Credit: ESO/M. Kornmesser

‘Het signaal van de snelle radioflits heeft de eigenschappen van het magnetische veld rond het sterrenstelsel en de structuur van het halogas onthuld. Het onderzoek heeft een nieuwe techniek opgeleverd voor het onderzoek van de halo’s van sterrenstelsels’, zegt J. Xavier Prochaska, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Californië in Santa Cruz en hoofdauteur van het onderzoeksverslag dat vandaag in het tijdschrift Science is verschenen.

Astronomen weten nog steeds niet waardoor snelle radioflitsen worden veroorzaakt en zijn er pas onlangs in geslaagd om van enkele van deze zeer korte, heel heldere radiosignalen vast te stellen uit welke sterrenstelsels zij afkomstig waren. ‘Toen we de radio-opnamen over optische beelden heen legden, zagen we direct dat de snelle radioflits door de halo van een sterrenstelsel dat toevallig op de voorgrond staat heen is gegaan’, zegt medeauteur Cherie Day, promovendus aan Swinburne University of Technology in Australië. ‘Dat stelde ons voor het eerst in staat om de anderszins onzichtbare materie rond dit sterrenstelsel rechtstreeks te onderzoeken.’

Een galactische halo bevat zowel donkere als normale – of baryonische – materie. Deze laatste bestaat voornamelijk uit heet geïoniseerd gas. Waar het lichtgevende deel van een massarijk sterrenstelsel een middellijn van ruwweg 30.000 lichtjaar heeft, is zijn min of meer bolvormige halo tien keer zo groot. Halogas dat naar het centrum van het sterrenstelsel toe valt, dient als grondstof voor de vorming van sterren. Andere processen, zoals supernova-explosies, bewerkstelligen het tegenovergestelde: ze blazen materiaal uit stervormingsgebieden de galactische halo in. Een van de redenen waarom astronomen het halogas willen onderzoeken, is om meer te weten te komen over dit uitstootproces, dat de stervorming geheel kan stilleggen.

VLT-opname van de positie van FRB 181112. Credit: ESO/X. Prochaska et al.

‘De halo van dit sterrenstelsel is verrassend rustig’, zegt Prochaska. ‘Het radiosignaal is vrijwel niet verstoord door het sterrenstelsel, wat in schril contrast staat met wat modellen eerder hebben voorspeld.’

Het signaal van FRB 181112 bestond uit meerdere pulsen, die elk minder dan 40 microseconden duurden (10.000 keer korter dan een oogknippering). De korte duur van de pulsen legt een bovenlimiet op aan de dichtheid van het halogas, omdat de tocht door een dichter medium de duur van het radiosignaal zou verbreden. De onderzoekers hebben berekend dat de dichtheid van het halogas minder dan 0,1 atoom per kubieke centimeter moet zijn (vergelijkbaar met een paar honderd atomen in een volume ter grootte van een feestballon) [2]De dichtheid legt ook grenzen op aan de mogelijkheid van turbulentie of van koel gas binnen de halo. ‘Koel’ is hier een relatief begrip: het gaat om temperaturen van circa 10.000 °C, wat … Continue reading.

‘Net als de trillende lucht op een warme zomerdag, zou de ijle atmosfeer van dit massarijke sterrenstelsel het signaal van de snelle radioflits moeten vervormen. Maar in plaats daarvan ontvingen we een puls die zo maagdelijk en scherp is dat het gas geen sporen heeft achtergelaten,’ zegt mede-auteur Jean-Pierre Macquart, astronoom aan het International Center for Radio Astronomy Research van Curtin University in Australië.

Bij het onderzoek zijn geen bewijzen gevonden voor koude turbulente wolken of kleine compacte samenballingen van koel halogas. Het signaal van de snelle radioflits heeft ook informatie opgeleverd over het magnetische veld in de halo, dat erg zwak blijkt te zijn – een miljard keer zwakker dan dat van een koelkastmagneet.

Op basis van de resultaten van slechts één galactische halo kunnen de onderzoekers niet zeggen of de lage dichtheid en de geringe magnetische veldsterkte die zij gemeten hebben ongewoon zijn of dat deze eigenschappen bij eerdere onderzoeken van galactische halo’s overschat zijn. Prochaska zegt dat hij verwacht dat ASKAP en andere radiotelescopen de snelle radioflitsen zullen benutten om de eigenschappen van veel meer galactische halo’s te onderzoeken.

‘Misschien is dit sterrenstelsel wel een buitenbeentje,’ zegt hij. ‘Pas als we snelle radioflitsen hebben kunnen gebruiken om tientallen of honderden sterrenstelsels van uiteenlopende massa’s en leeftijden te onderzoeken, krijgen we beeld van de volledige populatie.’ Optische telescopen zoals ESO’s VLT spelen een belangrijke rol bij de bepaling van de afstand van het sterrenstelsel waaruit zo’n radioflits afkomstig is, en bij de vaststelling of de radioflits door de halo van een voorgrondstelsel kan zijn gegaan. Bron: ESO.

References[+]

References
1 De halo van ijl gas strekt zich uit tot ver buiten het lichtgevende deel van een sterrenstelsel, waar zich de sterren hebben verzameld. Hoewel dit hete, diffuse gas meer aan de massa van een sterrenstelsel bijdraagt dan de sterren, laat het zich maar moeilijk onderzoeken.
2 De dichtheid legt ook grenzen op aan de mogelijkheid van turbulentie of van koel gas binnen de halo. ‘Koel’ is hier een relatief begrip: het gaat om temperaturen van circa 10.000 °C, wat aanzienlijk minder is dan de 1 miljoen graden van het hete halogas.

Chandra heeft drie superzware zwarte gaten ontdekt die op ramkoers met elkaar liggen

Het systeem SDSS J084905.51+111447.2, waargenomen door Hubble en SDSS. Linksonder de röntgenstraling van de drie zwarte gaten, waargenomen door Chandra. Credit: X-ray: NASA/CXC/George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; Optical: SDSS & NASA/STScI

Met behulp van de Chandra röntgen-ruimtetelescoop van de NASA heeft men een trio van sterrenstelsels ontdekt waarvan de drie centrale superzware zwarte gaten met elkaar op ramkoers liggen. Het systeem van de drie stelsels heet SDSS J084905.51+111447.2 (kortweg SDSS J0849+1114) en het ligt op een miljard lichtjaar afstand. Met Chandra kan men drie bronnen van röntgenstraling in het systeem zien, afkomstig van de actieve gebieden rondom de zwarte gaten. De afstand tussen de zwarte gaten varieert van 10.000 tot 30.000 lichtjaar. Met andere telescopen, zoals NASA’s Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), heeft men waargenomen dat er grote hoeveelheden gas en stof vliegen rondom de zwarte gaten. Men denkt dat door botsingen van zwarte gaten – meestal gaat het om twee zwarte gaten, maar in dit geval om drie stuks – superzware zwarte gaten groeien en steeds massiever worden. Hier het vakartikel, dat geaccepteerd is voor publicatie in the Astrophysical Journal. Bron: Chandra.

NASA brengt de gekromde ruimte van een zwart gat in beeld

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

De NASA is vandaag met een prachtige visualisatie gekomen van de gekromde ruimte rondom een zwart gat, eentje die verdacht veel lijkt op het zwarte gat Gargantua uit de film Interstellar [1]Nou ja, heel verrassend is dat ook weer niet, want aan die film werkte Kip S. Thorne mee, de beroemde natuurkundige die expert is op het gebied van zwaartekracht. Hij won ook de Nobelprijs, omdat hij … Continue reading. Dat massa de ruimte kan krommen weten we sinds Albert Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie uit 1915. Zwarte gaten zijn een extreem compacte vorm van massa en zij kunnen de ruimte zeer sterk krommen. Zo sterk zelfs dat het licht van de accretieschijf rondom de waarnemingshorizon van zwarte gaten, de platte schijf van roterend gas dat aangetrokken is en dat in het zwarte gat valt, wordt afgebogen aan de onderkant en bovenkant, zoals te zien aan de visualisatie hierboven en -onder.

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Als we het zwarte gat van opzij bekijken (‘edge-on’) dan zien we de linkerkant helderder dan de rechterkant. Dat komt door de zogeheten ‘Doppler beaming’, waarbij de kant met het gas dat naar ons toe komt helderder is dan de kant waar het gas van ons af gaat. Zouden we de accretieschijf van boven zien (‘face-on’) dan zou dat onderscheid verdwijnen, want dan is er geen verschil tussen gas dat naar ons toe komt en van ons af gaat. De achterkant van de accretieschijf – van ons vandaan gezien – wordt naar boven en onder toe afgebogen en dat zorgt voor de ophogingen in het midden aan boven- en onderkant. En dan is er nog de zogeheten fotonring, waaruit licht vandaan komt dat enkele keren om de waarnemingshorizon is gevlogen en dat erin geslaagd is om (nog net) het zwarte gat te verlaten. Hieronder een gelabelde versie van de visualisatie – dubbelklikken voor een grotere versie.

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Bron: NASA/Goddard.

References[+]

References
1 Nou ja, heel verrassend is dat ook weer niet, want aan die film werkte Kip S. Thorne mee, de beroemde natuurkundige die expert is op het gebied van zwaartekracht. Hij won ook de Nobelprijs, omdat hij met LIGO als eerste zwaartekrachtgolven ontdekte.

Jets in gammaflitsers zouden superluminaal kúnnen zijn – sneller dan het licht!

Impressie van een superluminale jet van een gammaflitser. Credit: DESY, Science Communication Lab.

Twee sterrenkundigen –  Jon Hakkila van het College of Charleston en Robert Nemiroff van de Michigan Technological University – zijn met een nieuw model gekomen van jets, straalstromen van gammaflitsers, zeer kortstondige uitbarstingen waarbij zeer veel energie wordt uitgestraald, vooral gammalicht. In hun model zouden die jets zelfs sneller kunnen gaan dan het licht! Dat lijkt tegenstrijdig met de Relativiteitstheorie van Albert Einstein, maar volgens Hakkila en Nemiroff is daar geen sprake van. Het gas in de ‘superluminale jets’, zoals ze worden genoemd, zou alleen sneller dan het licht gaan in het medium van de jet, niet sneller dan het licht in vacuüm. In de lichtcurves van gammaflitsers heeft men ‘time-reversibility‘ waargenomen, een omgekeerde volgorde van aankomst van de gammapulsen.

Het model van de superluminale jets. Credit: J. Hakkila and R. Nemiroff.

Hakkilla vergelijkt de superluminale jet met een platte steen die over het water wordt geworpen om te scheren, waarbij de telkens opspringende steen sneller beweegt dan de golven die het bij het aanraken van het wateroppervlak produceert. Je zou dan niet de eerst geproduceerde golven als eerste zien, maar juist de laatst geproduceerde golven. Hier het vakartikel van Hakkila en Nemiroff, zoals gepubliceerd in the Astrophysical Journal. Bron: College of Charleston.

Zes sterrenstelsels ontdekt met amper donkere materie

De Westerbork Synthese Radio Telescoop. (c) Onderwijsgek/Wikimedia [cc-by-sa-2.5-nl].

Een internationaal team sterrenkundigen onder leiding van Pavel Mancera Piña (Rijksuniversiteit Groningen en ASTRON) heeft zes lichtzwakke dwergsterrenstelsels ontdekt die amper donkere materie bevatten. Dat is bijzonder, want van de meeste lichtzwakke dwergsterrenstelsels wordt juist verwacht dat ze alleen door een grote hoeveelheid donkere materie bij elkaar gehouden kunnen worden. De onderzoekers publiceren hun bevindingen binnenkort in The Astrophysical Journal Letters.

De sterrenkundigen gebruikten voor hun onderzoek de schotels van de Nederlandse Westerbork Synthese Radio Telescoop en die van de Amerikaanse Very Large Array. Ze keken naar zes lichtzwakke dwergsterrenstelsels op 240 miljoen lichtjaar tot 320 miljoen lichtjaar van ons vandaan. Dit soort sterrenstelsels was nog niet zo goed bestudeerd, omdat ze weinig licht geven.

De naam dwergsterrenstelsel slaat bij deze groep op de lichtzwakte en niet op hun grootte. Ze zijn namelijk net zo groot als onze eigen Melkweg, maar bevatten veel minder sterren. Het heersende idee is dat zulke grote dwergstelsels alleen kunnen bestaan als ze door donkere materie bij elkaar worden gehouden.

Na bestudering van de dwergstelsels bleek tot verrassing van de onderzoekers dat de zwakke dwergstelsels en hun omgeving geen donkere materie lijken te bevatten. Volgens de huidige theorieën zouden deze zes stelsels dan ook niet mogen bestaan.

De onderzoekers poneren in hun wetenschappelijke publicatie enkele verklaringen voor het uitblijven van donkere materie, maar eigenlijk, zo zeggen ze zelf, hebben ze er nog geen goede verklaring voor.

Eerder waren door een andere onderzoeksgroep ook twee sterrenstelsels ontdekt met weinig donkere materie. Van de zes nieuwe stelsels zijn veel meer details bekend. Bron: Astronomie.nl.