Verrassende straalstroom bij superzwaar zwart gat

Gieljan de Vries

2021-07-19 17:00:00

Centaurus A

Met radiotelescopen over de hele wereld hebben astronomen de enorme straalstromen bij het superzware zwarte gat Centaurus A gefotografeerd. Die blijken zich verrassend anders te gedragen dan de theorie voorspelt.

De samenwerkende sterrenkundigen van Event Horizon Telescope werden in 2019 wereldberoemd met de eerste radiofoto van een zwart gat, het reusachtige exemplaar in het centrum van het sterrenstelsel M87. Sindsdien hebben de onderzoekers verder gezocht in hun meetdata, op zoek naar meer informatie over deze bizarre hemellichamen. Zo is het nog lang niet duidelijk hoe zwarte gaten een deel van het gas en de sterren dat ze aanzuigen wegschieten in twee straalstromen van duizenden lichtjaren lang.

In Nature Astronomy presenteren sterrenkundige Michael Janssen (Radboud Universiteit en Max-Planck-Instituut voor Radioastronomie) en zijn mede-onderzoekers nu de eerste detailopnames van zulke straalstromen, bij het superzware zwarte gat middenin het sterrenstelsel Centaurus A. Die jets reiken tot ver buiten het oorspronkelijke sterrenstelsel en stralen heldere radiogolven uit.

Lees ook:

Centaurus A
Het sterrenstelsel Centaurus A, met ingezoomd de straalstroom van het superzware zwarte gat. Alleen de randen van de straalstroom zenden radiogolven uit. Door het perspectief zien we dat als twee felle buitenranden van een lange, holle cilinder. © Radboud Universiteit en EHT.

Buitenrand

“Hiermee hebben we voor het eerst een extragalactische straalstroom kunnen bestuderen met een resolutie van minder dan een lichtdag, de 26 miljard kilometer die het licht in een dag aflegt”, zegt Janssen in een persbericht. Die resolutie komt overeen met een appel fotograferen die op het maanoppervlak ligt.

In een interview gaat Janssen wat dieper op de zaak in. “We zien nu van dichtbij hoe een monsterlijk grote jet, gelanceerd door een superzwaar zwart gat, wordt geboren. Meestal zie je die jets alleen als één lange bundel plasma (geladen gas) die radiostraling uitzendt.” Wat de sterrenkundige daar zag, kwam als een complete verrassing.

“Door informatie van zeven radiotelescopen over de hele wereld te combineren konden we voor het eerst inzoomen op zulke jets. Toen bleek dat alleen de buitenrand van de straalstroom radiostraling uitzendt; het centrum is donker. Dat valt nauwelijks te rijmen met onze theoretische modellen, die voorspelden dat ook de binnenkant van de bundel radiogolven uitzendt. Gaaf dus, want zo kunnen we echt iets nieuws leren over hoe materiaal wegschiet van zwarte gaten!”

Centaurus A
De straalstroom van het superzware zwarte gat in Centaurus A, steeds verder ingezoomd van de gaswolken waar de straalstroom in uitwaaiert tot de nieuwe opname van de binnenregio van de straalstroom, 60 miljoen keer ingezoomd. © Radboud Universiteit en EHT.

Brug slaan

Hoogleraar astronomie Marijke Haverkorn van de Radboud Universiteit, zelf niet betrokken bij het onderzoek: “Wat interessant is aan dit onderzoek is dat Janssen en zijn team met Centaurus A een brug slaan tussen het gedrag van superzware zwarte gaten en kleinere exemplaren van een paar zonsmassa’s.” Centaurus A is met zijn 55 miljoen zonsmassa’s nog steeds enorm – groter dan de baan van de aarde om de zon – maar tegelijkertijd ook honderd keer lichter dan het reusachtige exemplaar M87 van de oorspronkelijke opname van Event Horizon Telescope.

Haverkorn: “Het blijkt dat zwarte gaten van uiteenlopende massa’s zich in veel opzichten hetzelfde gedragen, bijvoorbeeld wat betreft accretie (de schijf van materiaal om het zwarte gat, red.) en de vorming van straalstromen. Veel van wat je leert van superzware zwarte gaten lijk je dus toe te kunnen passen op kleinere exemplaren, en andersom. Met Centaurus A kunnen Janssen en zijn collega’s dat testen op een schaal tussen superzware en kleinere zwarte gaten van een paar zonsmassa’s in.”

Ruimtetelescoop

De nieuwe opnames van Centaurus A zijn haarscherp, maar makkelijk om te maken waren ze volgens Janssen niet: “Centaurus A staat op 43 graden zuiderbreedte, dus voor de meeste telescopen in ons netwerk vlak bij de horizon. Dat was lastig waarnemen.” Het team corrigeerde daarom uitgebreid voor de individuele nukken van hun telescopen en de lokale weersomstandigheden, en gebruikte twee onafhankelijke routes om uit hun radio-opnames beeld van de straalstromen op te bouwen.

Haverkorn: “Deze beeldkwaliteit is echt heel indrukwekkend, gezien de uitdagingen van zowel de instrumentatie als de atmosfeer.” Tegelijkertijd zitten er volgens zowel Janssen als Haverkorn grenzen aan wat je kunt meten met radiotelescopen op aarde. “Om echt in te zoomen op het gebied vlakbij het zwarte gat waar de straalstromen beginnen, zouden we op hogere radiofrequenties moeten meten”, legt Janssen uit. En dat is lastig, want die worden deels opgenomen door de atmosfeer. Haverkorn: “Voor zulke metingen zou je volgens dit onderzoek een telescoopnetwerk nodig hebben dat groter is dan de aarde.” Zo’n ruimtetelescoop bestaat nog niet, maar in Nijmegen worden de eerste voorbereidende berekeningen voor zo’n Event Horizon Imager al gemaakt.

Bronnen: Nature Astronomy, persbericht, Michael Janssen, Marijke Haverkorn

Openingsbeeld: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al./MPIfR/ESO/WFI/APEX/A.Weiss et al.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

Nieuwste editie

Met onder andere: Vliegende auto's - Leven na corona - Naaldloze injecties