Plasma-stromen weg van sterrenstelsels flitsen aan de uiteinden
Sommige zwarte gaten schieten stralen plasma de ruimte in, zoals weergegeven in de illustratie van deze kunstenaar. Een nieuwe analyse onthult stralen die uitbranden als bellenbodems.
Stralen van hoogenergetische plasma-opnamen weg van superzware zwarte gaten lijken op een broek met klokbodem – beginnend smal maar eindigend met een overstraling. De vorm kan astrofysici helpen vertel hoe zulke jets worden gelanceerd en onthul details van hun zwarte gaten, melden onderzoekers in juli Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society.
“Door het bestuderen van deze regio waar de geometrische overgang plaatsvindt, kunnen we het zwarte gat beter begrijpen”, zegt astrofysicus Yuri Kovalev van het Lebedev Physical Institute van de Russische Academie van Wetenschappen in Moskou.
De meeste sterrenstelsels in het universum bevatten superzware zwarte gaten in het midden. Sommige van die zwarte gaten eten actief een omringende witgloeiende schijf van gas en stof en schieten dubbele stralen hoogenergetische deeltjes vele lichtjaren de ruimte in. Die zwarte gaten en hun schijven worden actieve galactische kernen of AGN genoemd en behoren tot de helderste objecten in de kosmos. Astronomen kunnen de gloed van vele miljarden lichtjaren ver zien.
Lange tijd hebben observaties van deze jets gesuggereerd dat ze een kegelvorm hadden, met deeltjes die uit de zwarte gaten in een rechtbenige V schoten. Maar in de afgelopen tien jaar hebben nader onderzoek uitgewezen dat sommige jets beginnen met een parabolische vorm, wat betekent dat de zijkanten licht gebogen zijn.
In 2012 meldden astrofysici dat een jet werd gelanceerd vanuit het nabijgelegen sterrenstelsel M87 – wiens zwarte gat de eerste was die in 2017 op de foto werd gezet (SN: 4/10/19) – begint parabolisch en verschuift naar kegelvormig op een bepaalde afstand. Een jet van een tweede AGN werd gespot met een soortgelijke flare-legged vorm in 2018.
Kovalev en zijn collega’s vroegen zich af of deze twee sterrenstelsels op de een of andere manier bijzonder waren, of dat bellenbodems veelvoorkomende kenmerken waren van AGN. De onderzoekers keken naar gepubliceerde waarnemingen van 367 AGN in de hele kosmos, verspreid over meer dan 20 jaar. Vervolgens schreef het team een ​​computeralgoritme om beschikbare afbeeldingen te doorzoeken op veranderingen in de vormen van de jets.
Van dat monster hadden slechts 10 jets de vorm van een uitlopende broek. Maar verrassend genoeg waren ze allemaal extreem dicht bij de aarde, binnen een miljard lichtjaar. ‘Dit kan niet per ongeluk gebeuren’, zegt Kovalev. Hij verwacht dat de andere AGN-jets ook klokbodempoten zouden tonen als astronomen zouden kunnen kijken met telescopen met een hogere resolutie.
“Deze transitie is een veelvoorkomend effect bij jets van AGN. We hebben ontdekt dat dit absoluut typisch is ‘, zegt Kovalev.
Masanori Nakamura, die M87’s bell-bottom jets rapporteerde en nu bij het Japanse National Institute of Technology in Hachinohe City is, vindt dat een redelijke conclusie. “Er is een groeiende consensus dat AGN-jets zo’n vergelijkbare evolutie kunnen volgen”, van parabool tot kegelvormen, zegt hij. Het uitbreiden van de collectie van bekende flare-legged jets “is een belangrijke stap.”
De vormverandering kan te maken hebben met hoe jets in de eerste plaats vanuit zwarte gaten worden gelanceerd. Astrofysici denken dat magnetische velden in de schijf rond het zwarte gat de straaldeeltjes naar buiten versnellen. Het materiaal van de intergalactische ruimte rondom de straal oefent ook een druk uit, waardoor de deeltjes in een strakke kolom gebonden blijven.
Maar op een bepaalde afstand van het zwarte gat houden de magnetische velden en de druk van buiten op met zo’n grote invloed op de straal. De deeltjes stijgen op in rechte lijnen, minder geduwd en minder gesmeerd.
Die afstand is precies waar de overstraling verschijnt in de jets, melden Kovalev en collega’s. ‘Het is helemaal geen toeval’, zegt Kovalev. Toekomstige waarnemingen met krachtigere telescopen kunnen helpen bevestigen of quasars op grotere afstand ook in de jaren ’70 vastzitten.
