4 augustus 2021

EHT onthult donker hart van nabij radiosterrenstelsel

De Event Horizon Telescope (EHT) samenwerking, bekend van het maken van de eerste foto van het zwarte gat in het sterrenstelsel M87, heeft nu het hart van het naburige sterrenstelsel Centaurus A in ongekend detail in beeld gebracht. De astronomen hebben het centrale superzware zwarte gat gelokaliseerd en onthullen hiermee hoe daar twee gigantische jets ontstaan. Opvallend is dat de buitenste randen van de jets straling uitzenden, een fenomeen dat de huidige theoretische modellen op de proef stelt. Het werk is geleid door Michael Janssen van het Max Planck Institute for Radioastronomy (MPIfR) en de Radboud Universiteit, en wordt gepubliceerd in Nature Astronomy op 19 juli.

Afmetingen van de jet van Centaurus A. Linksboven: de jet waaiert uit tot gaswolken die radiogolven uitstralen. Rechtsboven: samengestelde kleurenafbeelding van Centaurus A, 40x ingezoomd. Rechtsmidden: 165.000x ingezoomde afbeelding van de binnenste radio jet. Rechtsonder: nieuwe EHT-afbeelding van de regio waarin de jet wordt gelanceerd in de hoogste resolutie, 60.000.000x ingezoomd. Een lichtjaar is de afstand die licht aflegt in een jaar, ongeveer 9 biljoen kilometer. (c) Radboud Universiteit; CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti et al., N. Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Müller et al.; EHT/M. Janßen et al.

Centaurus A is een van de dichtstbijzijnde radioactieve sterrenstelsels en behoort, in radiogolven, tot de helderste objecten in de nachtelijke hemel. Nadat het in 1949 voor het eerst geïdentificeerd is als extragalactische radiobron, is Centaurus A sindsdien uitgebreid bestudeerd door verschillende radio-, infrarood-, optische, röntgen- en gammastralingsobservatoria. In het centrum van Centaurus A ligt een zwart gat met een massa van 55 miljoen zonnen. Deze massa zit tussen het M87 zwarte gat (6,5 miljard zonnen) en Sgr A*(4 miljoen zonnen) in, het zwarte gat in het centrum van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.

In een nieuwe publicatie in Nature Astronomy zijn de data van de EHT-waarnemingen uit 2017 geanalyseerd om Centaurus A in ongekend detail in beeld te brengen. “Hiermee hebben we voor het eerst een extragalactische radio jet op een kleinere schaal dan een lichtdag kunnen zien en bestuderen. Een lichtdag is de afstand die het licht in een dag aflegt. We zien nu van dichtbij hoe een monsterlijk grote jet gelanceerd door een superzwaar zwart gat geboren wordt”, zegt MPIfR-astronoom Michael Janssen, die onlangs promoveerde aan de Radboud Universiteit.

Vergeleken met alle vorige hoge resolutiewaarnemingen is de Centaurus A-jet nu met een tien keer zo hoge frequentie en zestien keer scherpere resolutie gefotografeerd. Met het oplossend vermogen van de EHT kunnen astronomen nu de afmetingen van de jet linken aan de plek van afkomst nabij het zwarte gat, in een gebied ter grootte van een appel op de maan. Dat is een uitvergroting van één miljard.

Nieuwe afbeelding (rechts) van de binnenste jet van Centaurus A, gemaakt door de Event Horizon Telescope (EHT), in vergelijking met een afbeelding (links) van het hele sterrenstelsel. (c) Radboud Universiteit; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; EHT/M. Janßen et al.

Jets begrijpen

Superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels zoals Centaurus A trekken gas en stof aan met hun enorme zwaartekracht. Dit proces zorgt voor een uitstoot van enorme hoeveelheden energie en het sterrenstelsel wordt daardoor ‘actief’. De meeste materie in de buurt van de rand van het gat valt erin. Maar omringend gas kan net voordat het gevangen wordt ontsnappen en ver het heelal in geblazen worden: Jets, een van de meest mysterieuze en energetische eigenschappen van sterrenstelsels, zijn geboren.

Om dit proces te kunnen begrijpen, gebruiken astronomen verschillende modellen voor hoe materie zich gedraagt bij een zwart gat. Maar ze weten nog steeds niet precies hoe jets worden gelanceerd en hoe ze zo ver kunnen reiken tot gebieden groter dan het sterrenstelsel van waar ze van afkomstig zijn zonder uit te waaieren. De EHT-samenwerking wil dit mysterie oplossen.

De nieuwe foto toont dat de jets gelanceerd door Centaurus A aan de randen lichter zijn ten opzichte van het centrum. Dit fenomeen is bekend van andere jets, maar is nog nooit eerder zo uitgesproken waargenomen. “Het was een uitdaging om dit met dezelfde modellen uit te leggen die we gebruikten voor M87. Hier moet er iets anders gebeuren, zoals helische magnetische velden, wat nieuwe aanwijzingen geeft over hoe jets ‘geknepen’ worden”, zegt Sera Markoff, vicevoorzitter van de wetenschappelijke raad van de EHT en hoogleraar Theoretische hoge-energieastrofysica aan de UvA.

Toekomstige waarnemingen

Met de nieuwe EHT-waarnemingen van de Centaurus A-jets is nu de waarschijnlijke locatie van het zwart gat bepaald op het punt waar de jets worden gelanceerd. Hierop gebaseerd, voorspellen onderzoekers dat toekomstige waarnemingen op nog kortere golflengtes en hogere resolutie het mogelijk maken om het zwarte gat van Centaurus A te fotograferen. Hiervoor zijn wel satelliet-observatoria nodig die zich in de ruimte bevinden.

“Deze data zijn afkomstig van dezelfde waarnemingscampagne die de beroemde foto van het zwarte gat in M87 heeft afgeleverd. De nieuwe resultaten laten zien dat de EHT een schat aan data levert over de grote variëteit aan zwarte gaten, en er komt nog meer aan, zegt Heino Falcke, bestuurslid van de EHT en hoogleraar Astrofysica aan de Radboud Universiteit.

Achtergrondinformatie

De EHT heeft gebruikgemaakt van zogenaamde Very Long Baseline Interferometry (VLBI), dezelfde techniek waarmee de beroemde foto van het zwarte gat in M87 is gemaakt. Een verzameling van acht telescopen over de hele wereld hebben samengewerkt om de Event Horizon Telescop (EHT) ter grootte van de aarde te vormen. De EHT-samenwerking bestaat uit meer dan 300 onderzoekers uit Afrika, Azië, Europa, Noord- en Zuid-Amerika.

Wetenschappelijk artikel

Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation zone in Centaurus A. Door M. Janssen, H. Falcke, M. Kadler, E. Ros, M. Wielgus et al. (EHT Collaboration), Nature Astronomy, 19 juli 2021. Origineel: https://www.nature.com/articles/s41550-021-01417-w .

Bron: Astronomie.nl.

Laat wat van je horen

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