25 januari 2021

Levenscyclus superzwaar zwart gat onthuld

Detectie van de radiogolven van superzware zwarte gaten door LOFAR en WSRT-Apertif. Het verschil in flux waarbij LOFAR en WSRT-Apertif een superzwaar zwart gat detecteren, bepaalt of het zich in de uitstortingsfase bevindt (a) of niet (b). Hoe lager de flux van b, hoe langer geleden het was dat het superzware zwarte gat zich in zijn uitstortingsfase bevond. (Credit: Studio Eigen Merk/ASTRON)

Met een gecombineerde observatie van zowel de Low Frequency Array (LOFAR) als de Westerbork Synthese Radiotelescoop (WSRT-Apertif) hebben astronomen de levenscyclus van een superzwaar zwart gat gemeten. Het is voor het eerst dat beide radiotelescopen van het Nederlands instituut voor radioastronomie (ASTRON) gebruikt zijn om hetzelfde deel van het universum gelijktijdig te observeren. Deze proof of concept studie, onderdeel van de LOFAR deep fields surveys, toont aan dat een gecombineerde LOFAR/WSRT-Apertif-observatie kan onthullen in welke fase van zijn levenscyclus een superzwaar gat zich bevindt.

Het is bekend van superzware zwarte gaten (Engels: supermassive black holes) dat ze zowel ‘actieve’ als ‘stille’ fases hebben. In hun actieve fase stoten ze enorme hoeveelheden energie uit, die uiteindelijk gas en materie aan sterrenstelsels kunnen onttrekken en de vorming van nieuwe sterren kunnen beïnvloeden. Deze uitstoten worden verondersteld enkele tientallen tot honderden miljoenen jaren te duren, wat in de levensduur van een heelal slechts een kort moment is. Na deze actieve fase gaat het superzware gat een stille fase in.

Een deel van de uitgestoten energie – ook wel ‘flux’ genoemd – is in de vorm van radiogolven, zowel op lage als op hoge frequenties. Een gecombineerde observatie van de ASTRON-radiotelescopen LOFAR (lage frequentie radiogolven) en WSRT-Apertif (hoge frequentie radiogolven) is in staat deze uitgezonden radiogolven te detecteren. “Hoge frequentie radiogolven verliezen vlug hun energie, hun flux – en als consequentie daarvan hun helderheid – terwijl de lagere frequentiegolven dat veel langzamer doen”, aldus prof. dr. Raffaella Morganti, eerste auteur van het wetenschappelijke artikel over deze gecombineerde observatie.

Delen van de radiostraling in de hemel die bij dit project zijn gedetecteerd, waarbij vele sterrenstelsels met superzware zwarte gaten die radiostraling uitzenden, zichtbaar zijn. De kleuren zijn een indicatie van de fase van het actieve leven van de superzware zwarte gaten. De rode kleuren geven de uitstoting van de zwarte gaten aan, in de latere fase, aan het einde van hun actieve leven. Groenere kleuren geven zwarte gaten vroeg in hun uitstotingsfase aan. (Credit: ASTRON)

Cycli

In een eerder onderzoek is LOFAR ingezet om mogelijke superzware zwarte gaten te ontdekken die zich in hun stervende fase of herstartende fase bevinden. In deze studie zijn dezelfde bronnen bestudeerd, maar dit keer samen met WSRT-Apertif. De relatieve sterkte van de radiogolven op twee verschillende radiofrequenties is vervolgens gebruikt om, naar eerste orde, af te leiden hoe oud een radiobron is en of deze zich al in een stervende fase bevindt.

Astronomen vermoeden dat een zwart gat gedurende zijn bestaan meerdere keren een uitstotende cyclus kan initiëren. Door superzware zwarte gaten met zowel LOFAR als WSRT-Apertif te observeren, kunnen wetenschappers vaststellen welke van deze superzwarte gaten zich op dit moment in de uit-fase bevinden en hoe lang geleden ze die fase in gingen. Ook hebben ze gevallen geïdentificeerd waar de uitstotende fase van een superzwaar zwart gat ‘recentelijk’ opnieuw is opgestart.

Morganti: “Interessant is dat het relatieve aantal radiostelsels dat we in de uit-fase vonden ook indicatief is voor hoe lang een superzwaar zwart gat al in de uit-fase staat. Deze objecten zijn zeldzaam en daarom zijn grootschalige metingen nodig, om voldoende van deze bronnen te vinden, zodat we een database van voldoende omvang kunnen aanleggen voor statistische analyse.”

Geweldige combinatie

Met deze proof of concept studie hebben Morganti en collega’s aangetoond dat een gecombineerde waarneming van LOFAR en WSRT-Apertif inderdaad de fase waarin een superzwaar gat zich momenteel bevindt, kan vaststellen. Morganti: “LOFAR is uniek in zijn gevoeligheid en spatiale resolutie bij lage frequenties. En hoewel er andere radiotelescopen zijn die waarnemingen in de hogere frequenties kunnen verrichten, observeert Apertif momenteel grote delen van de lucht van het noordelijk halfrond, in plaats van slechts een enkele bron.” Dat is essentieel, omdat Morganti en collega’s van plan zijn om alle waarneembare superzware zwarte gaten die radiostraling uitzenden in kaart te brengen, zodat ze meer kunnen leren over de geboorte- en levenscycli van sterrenstelsels.

Het artikel is hier te lezen: https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202039102. The best of both worlds: Combining LOFAR and Apertif to derive resolved radio spectral index images. Astronomy & Astrophysics (in press), Morganti, R. Oosterloo T, Brienza M. et al.

Bron: ASTRON.

Comments

  1. Dick Mesland zegt

    Even voor mijn begrip. Zenden deze supermassieve zwarte gaten over de gehele event horizon radiostraling uit? Of alleen via de jets? Indien het eerste het geval is, is dat dan de Hawking straling?

    • Er zijn twee bronnen voor de radiostraling: de platte accretieschijf rondom het zwarte gat en de jets, die vanuit de magnetische polen van het zwarte gat naar twee tegengestelde kanten we ruimte in spuwen. Als zo’n jet precies naar de aarde is gericht noemen we de quasar een blazar. Nee, dit is geen Hawkingstraling, die is veel te zwak.

      • Dick Mesland zegt

        Is het dan voor de interpretatie van de gegevens niet van belang welke van de twee bronnen hier een rol spelen?

        • De een bestaat niet zonder de ander bij quasars. Ze spelen beide een rol, en dat maakt voor de interpretatie van de totale straling van een quasar niet uit. Vergelijk het met verlichting. Aan foto’s uit het ISS van de nachtelijke aarde kun je heel veel afleiden over onze activiteiten, zonder ooit de bijdrage te hoeven weten van individuele lichtbronnen.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: