31 januari 2023

Dankzij hoge contrastbewerking heeft ALMA de jet van quasar 3C273 beter in beeld gebracht

Imprerssie van een quasar in een sterrenstelsel met z’n jet of straalstroom. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Quasar 3C273 is de meest bekende quasar die er is. Het is de optisch helderst bekende quasar, zelfs amateur-astrofotografen kunnen ‘m in beeld brengen, en hij is te vinden in de richting van het sterrenbeeld Maagd. Het is ook de allereerste quasar die ooit ontdekt is. Z’n naam komt van bron 273 (gerangschikt in rechte klimming) uit de Third Cambridge Catalogue of Radio Sources uit 1959. In 1963 publiceerden Maarten Schmidt en Bev Oke twee in artikelen in Nature dat 3C 273 een grote roodverschuiving, namelijk z = 0,158 heeft, waarmee het object, dat er uit zag als een ster (vandaar de naam quasar, een afkorting van quasi-stellair object) enkele miljarden lichtjaren ver weg zou staan. 3C273 is de meest bestudeerde quasar en inmiddels weten we dat hij 2,4 miljard lichtjaar ver weg staat, voor een quasar relatief dichtbij. We weten ook wat een quasar eigenlijk is: een actief superzwaar zwart gat dat z’n omringende sterrenstelsel door zijn felle straling compleet overbelicht. Het ‘moederstelselsel’ rondom 3C273 kunnen we dus niet zien. Maar dankzij nieuwe methodes kunnen we in radiolicht wel meer te zien krijgen van de jet of straalstroom die vanuit de kern van 3C273 de ruimte in wordt gestuwd.

 

links: Quasar 3C273 waargenomen door Hubble (HST). De sterke helderheid zorgt voor ‘radiale lichtlekken’ die worden veroorzaakt door licht dat door de telescoop wordt verstrooid. Rechtsonder is een hoogenergetische jet te zien die vrijkomt door het gas rond het centrale zwarte gat. Rechts: Radiobeeld van 3C273 waargenomen door ALMA, met de zwakke en uitgebreide radio-emissie (in blauw-witte kleur) rond de kern. De heldere centrale bron is van het beeld afgetrokken. Dezelfde jet als de afbeelding links is in oranje te zien. Credit: Komugi et al., NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop

Grootste probleem van quasars is de felle straling van het actieve zwarte gat, waardoor de rest van het omringende stelsel niet te zien is, dat is overbelicht – vergelijk het met een auto wiens koplampen ’s nachts naar jou schijnen en daardoor de rest van de omgeving pikdonker is. Toverwoord bij astrofotografie van contrastrijke objecten is ‘dynamisch bereik’, het verschil tussen de tonen van de meest heldere en meest zwakke delen in een foto. Een radiotelescoop als ALMA in Chili heeft normaal een dynamisch bereik van 100, terwijl commerciële fotocamera’s een dynamisch bereik van duizenden kunnen hebben. Ja je merkt het, radiotelescopen kunnen slecht omgaan met grote contrasten. Maar wat deden ze nu: een onderzoeksteam gebruikte een techniek genaamd zelfkalibratie om het lekken van radiogolven van 3C273 naar het omringende moederstelsel te verminderen, waarbij 3C273 zelf werd gebruikt om de effecten van de atmosferische schommelingen van de aarde op het telescoopsysteem van ALMA te corrigeren. Zo bereikten ze een dynamisch beeldbereik van maar liefst 85.000 (!), een ALMA-record voor extragalactische objecten. Op de foto hierboven zie je het resultaat van het opkrikken van het dynamische bereik van ALMA.

Röntgenopname van 3C273, gemaakt door Chandra. Credit: Chandra X-ray Observatory – NASA

Het resultaat is dat ze een zwakke radiostraling ontdekten die zich over tienduizenden lichtjaren uitstrekten boven het moederstelsel van 3C273. Radiostraling rond quasars suggereert typische synchrotronstraing, dat is straling die afkomstig is van zeer energetische gebeurtenissen zoals uitbarstingen van stervorming of ultrasnelle jets die uit de centrale kern komen. Er is al langer een synchrotronstraal in 3C273 bekend, te zien in de rechterbenedenhoek van de afbeeldingen. Een essentieel kenmerk van synchrotronstraling is dat de helderheid verandert met de frequentie, maar de zwakke radiostraling die door het team werd ontdekt, had een constante helderheid, ongeacht de frekwentie. Na alternatieve mechanismen te hebben overwogen, ontdekte het team dat deze zwakke en uitgebreide radiostraling afkomstig was van waterstofgas in het sterrenstelsel dat rechtstreeks werd geactiveerd door de 3C273-kern, het superzware zwarte gat aldaar. Dit is de eerste keer dat radiogolven van een dergelijk mechanisme zich over tienduizenden lichtjaren in het moederstelsel van een quasar uitstrekken. Onderzoek zoals dit moet duidelijk maken hoe de superzware zwarte gaten, zoals die in 3C273, in staat zijn om de omringende moederstelsels van hun gasvoorraad te beroven, zodat op een gegeven moment de stervorming daar stopt, de zogheten ‘quenching’ van sterrenstelsels. Hier is het vakartikel over het onderzoek met ALMA aan 3C273, verschenen in The Astrophysical Journal (2022). Bron: Phys.org.

Share

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: