Gepubliceerd op 22 september 2011
WISE-telescoop ziet de flikkerende jet van een zwart gat
Gepubliceerd op 22 september 2011
Illustratie van een zwart gat met begeleidende ster en de straalstroom
die uit het zwarte gat komt (credit: NASA)
Astronomen, onder wie Sera Markoff en Dave Russell van de Universiteit
van Amsterdam, hebben met behulp van NASA's infraroodtelescoop WISE het
herhaaldelijk opvlammen van de jet (straalstroom) van een zwart gat
gezien. Het gaat om plotselinge, willekeurige flitsen, waarbij de jet
in een paar uur tijd drie keer zo helder wordt. Het resultaat werd
dinsdag 20 september gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.
De sterrenkundigen konden met de infraroodcamera van WISE voor het
eerst inzoomen op de binnenste regionen van de basis van de jet (de
snelle straalvormige gasstroom die uit het zwarte gat komt en
hoogenergetische straling het heelal in slingert). 'Daarbij hebben we
in ongekend detail de fysische eigenschappen kunnen meten, maar ook de
veranderingen daarin op zeer kleine tijdschalen', zegt eerste auteur
Poshak Gandhi van de Japanse Aerospace Exploration Agency.
Zwart gat GX 339-4 was al bekend. Het staat op meer dan 20.000
lichtjaar afstand in de buurt van het centrum van de Melkweg en heeft
een massa van zeker zes keer die van de zon. Zwarte gaten zijn de
overblijfselen van zeer zware sterren die aan het eind van hun leven
onder hun eigen zwaartekracht ineenstorten. Op een bepaalde afstand kan
zelfs licht er niet uit ontsnappen, als gevolg van het
zwaartekrachtsveld waarin de compacte, enorme massa van het zwarte gat
zich bevindt. In het geval van GX 339-4 is er een begeleidende ster die
materie overdraagt. Een deel daarvan wordt met bijna de lichtsnelheid
weggeblazen in de vorm van een jet.
WISE-foto's tonen sterke flitsen van infrarood licht in zwart gat GX
339-4. De animatie laat een dag aan opnames versneld zien. (credit:
Poshak Gandhi (JAXA)/WISE)
Door de röntgen-, gamma- en radiostraling van de straalstroom te
bekijken zijn wetenschappers al veel te weten gekomen over de
accretieschijven (de materie waarmee het zwarte gat zich voedt) en over
de jets zelf. Maar onderzoek aan de helderste delen van de jets, aan de
basis, was tot de ingebruikname van het infrarood-instrument WISE
moeilijk.
"Om het opvlammen van de extreem energierijke straalstroom van een
zwart gat te zien, moet je op het juiste moment op de juiste plek
kijken", zegt NASA's WISE-projectwetenschapper Peter Eisenhardt. WISE
maakte gedurende een jaar elke 11 seconden infraroodopnamen van de hele
sterrenhemel en kon deze zeldzame gebeurtenis vastleggen. De
veranderlijkheid van de jet werd gefotografeerd door NEOWISE, de
planetoïdenjager van de WISE-missie.
Juiste moment, juiste plek
Door de röntgen-, gamma- en radiostraling van de straalstroom te
bekijken zijn wetenschappers al veel te weten gekomen over de
accretieschijven (de materie waarmee het zwarte gat zich voedt) en over
de jets zelf. Maar onderzoek aan de helderste delen van de jets, aan de
basis, was tot de ingebruikname van het infrarood-instrument WISE
moeilijk.
'Om het opvlammen van de extreem energierijke straalstroom van een
zwart gat te zien, moet je op het juiste moment op de juiste plek
kijken', zegt NASA's WISE-projectwetenschapper Peter Eisenhardt. WISE
maakte gedurende een jaar elke 11 seconden infraroodopnamen van de hele
sterrenhemel en kon deze zeldzame gebeurtenis vastleggen. De
veranderlijkheid van de jet werd gefotografeerd door NEOWISE, de
planetoïdenjager van de WISE-missie.
De resultaten verrasten de astronomen. Ze zagen grote en onregelmatige
veranderingen in de activiteit van de jet, variërend van 11 seconden
tot een paar uur. Nooit eerder is dit met zo'n grote precisie
vastgelegd. De waarnemingen laten zien dat aan de basis van de jet de
straal (de helft van de diameter) van 25.000 kilometer varieert met een
factor 10 of meer.
De astronomen deden ook de beste metingen tot nu toe aan het magnetisch
veld van een zwart gat, dat 30.000 keer zo sterk is als dat van de
aarde. Dat sterke magneetveld zorgt ervoor dat de stroom van materie
versneld wordt en in een nauwe straalstroom het heelal wordt
ingeblazen.
De wetenschappers gaan nu in de WISE-data op zoek naar meer flikkerende
zwarte gaten. 'De aandrijving van jets door zwarte gaten is een
gecompliceerd proces', zegt UvA-astronoom Sera Markoff. 'Daarbij zijn
sterke zwaartekracht in combinatie met magnetohydrodynamica (dat de
beweging van een elektrisch geleidend gas in een magnetisch veld
beschrijft) betrokken. Onze observaties voorzien in belangrijke nieuwe
voorwaarden waaraan onze modellen moeten voldoen, zoals de geometrie
van de jet, de kracht van het magnetisch veld en de dichtheid bij de
basis van de jet. Dat brengt ons dichter bij het begrijpen van dit
soort exotische verschijnselen', aldus Markoff.
Universiteit van Amsterdam