Klimaat & energie › Commerciële kernfusie
Hete plasmaring verklaart hoe zwaargevoede zwarte gaten toch jets afschieten
Astronomen hebben een verklaring gevonden voor een al jaren onbegrepen raadsel: hoe zwarte gaten die razendsnel materie opslokken, toch krachtige stralen deeltjes de ruimte in kunnen schieten. Met de Japanse röntgensatelliet XRISM en een wereldwijd netwerk van radiotelescopen keken onderzoekers dwars door de omgeving van een zwart gat heen. De sleutel ligt bij een ring van extreem hete plasma vlak bij het zwarte gat.
Supermassieve zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels groeien door materie op te slokken. Bij veel van die zwarte gaten ontstaan daarbij ook jets: dunne, razendsnelle stralen deeltjes die bijna met de lichtsnelheid de ruimte in schieten. Maar volgens de klassieke theorie zouden zwarte gaten die heel snel "eten" juist geen jets moeten kunnen vormen. Snelle toevoer van materie leidt namelijk tot een koude, platte schijf van gas rond het zwarte gat, en die schijf zou het ontstaan van een jet in de weg zitten. Toch zijn er zwarte gaten die zich niet aan die regel houden. Een team onder leiding van Hirofumi Noda van Tohoku University en Kazuhiro Hada van Nagoya City University ontdekte nu waarom.
Een schijf die eerder stopt dan gedacht
De onderzoekers richtten zich op 3C 120, een actief sterrenstelsel in het sterrenbeeld Taurus (de Stier) met een zwart gat dat zowel snel materie opslokt als een duidelijke jet uitstoot. Met XRISM, een röntgensatelliet die extreem nauwkeurig de "kleur" van röntgenstraling kan meten, bekeken ze een specifieke lichtlijn die wordt uitgezonden door ijzer in de gasschijf rond het zwarte gat. Door de zwaartekracht van het zwarte gat wordt die lijn vervormd, precies zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt. Aan de mate van vervorming konden de onderzoekers aflezen hoe dicht de koude schijf bij het zwarte gat komt. Uitkomst: de schijf houdt op bij ongeveer twintig keer de straal van het zwarte gat. Daarbinnen gaat de koude schijf over in een wolk van extreem heet plasma, met temperaturen van honderden miljoenen graden.
Magnetische velden als motor van de jet
Tegelijk met de röntgenmetingen volgden radiotelescopen over de hele wereld, waaronder de Global Millimeter VLBI Array, de Very Long Baseline Array en het East Asian VLBI Network, het traject van de jet. Door die metingen te combineren konden de onderzoekers de jet terugvolgen tot in die hete, binnenste plasmawolk, vlak bij het zwarte gat. Dat is precies de plek waar volgens de theorie magnetische velden zich kunnen opstapelen. Die velden kunnen vervolgens energie onttrekken aan de draaiing van het zwarte gat zelf, en die energie omzetten in de kracht die de jet voortstuwt. Met deze waarnemingen laten Noda en Hada voor het eerst concreet zien dat een snel groeiend zwart gat wél aan de voorwaarden voor dit mechanisme kan voldoen. Het onderzoek is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.
Het team wil nu een nog groter zwart gat op dezelfde manier bestuderen, met opnieuw XRISM en wereldwijde radiotelescopen, en de resultaten vergelijken met computersimulaties. Volgens Noda kan dat soort onderzoek helpen om te begrijpen hoe zwarte gaten via hun jets invloed uitoefenen op de groei van hele sterrenstelsels en de grootschalige structuur van het universum.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze ontdekking helpt astronomen beter te begrijpen hoe zwarte gaten energie uit hun eigen draaiing kunnen omzetten in krachtige jets, zelfs wanneer ze heel snel groeien. Dat inzicht is belangrijk omdat zulke jets enorme hoeveelheden energie in sterrenstelsels pompen en zo invloed hebben op de vorming van sterren en de evolutie van het hele sterrenstelsel. De techniek die hierbij gebruikt is, het combineren van röntgen- en radiowaarnemingen, biedt een blauwdruk om ook andere zwarte gaten in de toekomst op deze manier te doorgronden.
- Zwart gat
- Een object met een zo sterke zwaartekracht dat niets, ook licht niet, er aan kan ontsnappen.
- Supermassief zwart gat
- Een zwart gat met een massa van miljoenen tot miljarden keren die van de zon, meestal in het centrum van een sterrenstelsel.
- Accretie
- Het proces waarbij een zwart gat omliggend gas en stof opslokt.
- Accretieschijf
- Een platte, draaiende schijf van gas die zich rond een zwart gat vormt voordat het materiaal wordt opgeslokt.
- Jet
- Een smalle, razendsnelle straal deeltjes die vanuit de omgeving van een zwart gat de ruimte in wordt geschoten, met snelheden die de lichtsnelheid benaderen.
- Plasma
- Een extreem hete, geïoniseerde vorm van gas waarin elektronen loskomen van atomen.
- XRISM
- Een Japanse röntgensatelliet die precies de energie en golflengte van röntgenstraling uit de ruimte meet.
- Röntgenstraling
- Een vorm van straling met hoge energie die vrijkomt uit extreem hete gassen, bijvoorbeeld rond zwarte gaten.
- VLBI (Very Long Baseline Interferometry)
- Een techniek waarbij radiotelescopen over de hele wereld samen als één enorme telescoop worden gebruikt voor zeer scherpe beelden.
- Algemene relativiteitstheorie
- Einsteins theorie over zwaartekracht, die onder meer voorspelt hoe licht vervormt in de buurt van zware objecten zoals zwarte gaten.
- Ijzeremissielijn
- Een specifieke kleur licht die wordt uitgezonden door ijzeratomen in de accretieschijf en die informatie geeft over de omgeving van het zwarte gat.
- Magnetisch veld
- Een krachtveld dat rond het zwarte gat kan ontstaan en energie kan overbrengen van het zwarte gat naar de jet.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
