Dankzij deze nieuwe foto hopen astronomen steeds beter te begrijpen hoe zwarte gaten energierijke jets ‘lanceren’.
Zwarte gaten staan veelal bekend als vraatzuchtige alleseters, die al het materiaal dat zich te dichtbij waagt, verslinden en opslokken. Tegelijkertijd kunnen zwarte gaten echter ook stralen materie (de zogenoemde jets) uitstoten. Deze jets schieten soms wel met bijna de snelheid van het licht weg en reiken vaak tot ver buiten de grenzen van hun sterrenstelsel. Astronomen worstelen al geruime tijd met de vraag hoe zulke enorme jets kunnen ontstaan. Een nieuw vervaardigde foto kan echter dit mysterie helpen ontraadselen. Want voor het eerst zijn onderzoekers erin geslaagd een zwart gat te fotograferen dat een krachtige jet wegslingert.
Foto
Op de onderstaande foto is de jet te bewonderen. De waarnemingen zijn in 2018 gedaan met telescopen van de Global Millimetre VLBI Array (GMVA), de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de Greenland Telescope (GLT). Door deze radiotelescopen samen te laten werken, ontstond er als het ware een gigantische virtuele telescoop ter grootte van de aarde.
Op de foto is overigens niet alleen de jet te zien die bij het zwarte gat ontstaat, maar ook de zogeheten schaduw van het zwarte gat. Het zwarte gat in kwestie is het exemplaar dat zich in het sterrenstelsel Messier 87 (M87) ophoudt. En misschien komt die naam je wel bekend voor. Enkele jaren geleden slaagden onderzoekers er namelijk voor het eerst in om dit zwarte gat – of beter gezegd de schaduw van de waarnemingshorizon – op beeld vast te leggen. M87 bevindt zich op ongeveer 55 miljoen lichtjaar afstand van de aarde. Het zwarte gat dat dit sterrenstelsel herbergt, heeft maar liefst 6,5 miljard keer zoveel massa als onze eigen zon.
Materie die om een zwart gat cirkelt, wordt heet en straalt licht uit. Het zwarte gat buigt dit licht af en vangt een deel ervan in. Hierdoor ontstaat er – vanaf de aarde gezien – een ringvormige structuur rond het zwarte gat. Het donkere gebied binnen de ring is de schaduw van het zwarte gat.
Net zoals bij de eerste iconische opname van dit zwarte gat het geval was, zijn ook nu gegevens van meerdere radiotelescopen die verspreid over de hele wereld staan opgesteld, gecombineerd, maar dan op een langere golflengte: 3,5 millimeter in plaats van 1,3 mm. “Op deze golflengte kunnen we zien hoe de jet ontspringt aan de ring van emissie rond het centrale superzware zwarte gat,” legt Thomas Krichbaum van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie uit.
Jet
De vandaag gepubliceerde foto laat voor het eerst zien hoe de basis van een jet verbonden is met de materie die rond een superzwaar zwart gat wervelt. Het gebied rond dit zwarte gat en zijn jet waren eerder al afzonderlijk waargenomen. Dit is echter de eerste keer dat ze samen en tegelijk in beeld zijn gebracht. Met andere woorden, voor het eerst hebben astronomen dus in één keer de schaduw van het zwarte gat in M87 en de krachtige jet die dit zwarte gat uitstoot, vastgelegd. “Deze nieuwe foto maakt het plaatje compleet door de omgeving van het zwarte gat en de jet tegelijkertijd vast te leggen,” zegt Jae-Young Kim van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Hoe ontstaan ze?
De onderzoekers hopen dat deze foto het mysterie over hoe zwarte gaten dergelijke jets uitstoten, zal ontraadselen. “We weten dat jets dicht in de buurt van zwarte gaten ontstaan,” zegt onderzoeker Ru-Sen Lu van de sterrenwacht van Shanghai. “Maar we begrijpen nog steeds niet precies hoe dit gebeurt. Om dit rechtstreeks te kunnen onderzoeken, moeten we de jet zo dicht mogelijk bij het zwarte gat waarnemen.” En daar zijn ze met de nieuwe foto aardig in geslaagd. Astronomen denken dan ook dankzij de foto beter te gaan begrijpen hoe zwarte gaten zulke energierijke jets ‘lanceren’. De opname geeft wetenschappers in ieder geval de context die nodig is om te begrijpen hoe krachtige jets worden gevormd.
De ring
De nieuwe waarnemingen van het zwarte gat in het centrum van M87 heeft ook een verrassing opgeleverd. De ring die nu is vastgelegd is in vergelijking met ‘de eerste foto van het zwarte gat’ namelijk ongeveer de helft groter. Met behulp van computersimulaties probeerde het team de fysische oorsprong van de grotere en dikkere ring te verklaren. De resultaten wijzen erop dat de nieuwe foto meer materiaal laat zien dat naar het zwarte gat toe valt dan wat op de eerdere opname waarneembaar was.
De onderzoekers zijn van plan hetzelfde netwerk van telescopen in de toekomst opnieuw in te zetten. Want hoewel de huidige foto belangrijke inzichten heeft verschaft, hoopt het team uiteindelijk helemaal te kunnen ontrafelen hoe superzware zwarte gaten precies krachtige jets uitstoten. “Om het ontstaan van de jet nader te bestuderen, zijn we van plan het gebied rond het zwarte gat in het centrum van M87 op verschillende radiogolflengten te observeren,” vertelt Eduardo Ros van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie. De onderzoekers hopen dat ze op deze manier meer over de ingewikkelde processen die zich in de buurt van het zwarte gat afspelen, zullen leren. “De komende jaren worden spannend,” vervolgt Ros, “omdat we steeds meer te weten zullen komen over wat er in de buurt van één van de meest mysterieuze gebieden in het heelal, gebeurt.”
