Voor het eerst hebben astronomen live zien gebeuren hoe een supermassief zwart gat een kolossale wind van gas lanceert. De uitbarsting, aangedreven door een magnetische explosie, slingerde materie met 20 procent van de lichtsnelheid de ruimte in.
Een internationaal team van astronomen heeft een unieke kosmische gebeurtenis vastgelegd: de geboorte van een ultrasnelle wind bij een superzwaar zwart gat. Waar wetenschappers voorheen enkel de aanwezigheid van zulke winden konden constateren, hebben ze nu het hele ‘filmplaatje’ gezien. Ze observeerden eerst een felle röntgenflits en zagen vervolgens direct hoe een hoeveelheid materie werd weggeslingerd met een duizelingwekkende snelheid van 20 procent van het licht. Het mechanisme blijkt verrassend vertrouwd: het is een kosmische versie van de uitbarstingen op onze eigen Zon, maar dan tien miljard keer krachtiger.
Een monster dat maalt en spuugt
Het zwarte gat van NGC 3783 is erg hongerig. Terwijl het materie opslokt, ontstaat er rond zijn zwaartekrachtput een extreem helder gebied: een Actieve Galactische Kern (AGN). Dit gebied straalt allerlei kleuren licht uit en staat bekend om zijn krachtige jets en winden.
“AGN’s zijn fascinerende en intens hectische omgevingen”, vertelt ESA-wetenschapper Matteo Guainazzi, die heeft meegeschreven aan het onderzoek. “De winden die we hier zagen, lijken te ontstaan wanneer het magnetische veld van de AGN plotseling ‘ontwart’. Dat klinkt nogal vaag, maar het doet sterk denken aan de manier waarop zonnevlammen ontstaan, alleen dan op een veel grotere schaal. Een schaal die bijna niet te bevatten is.”
Ook interessant: Nieuwe Hubble-foto onthult interactie tussen superzwaar zwart gat en een furieuze geboortegolf van nieuwe sterren
“Het gedrag van zwarte gaten lijkt soms wat op onze zon en dat maakt deze mysterieuze objecten net een beetje minder buitenaards”, zegt ESA-onderzoeker Camille Diez. “En dat is belangrijk, want winderige AGN’s spelen een cruciale rol in hoe sterrenstelsels evolueren en nieuwe sterren het levenslicht zien. Hoe beter we begrijpen hoe deze magnetische processen werken, hoe beter we de geschiedenis van het universum kunnen reconstrueren.”
Een kosmische film in plaats van een foto
De ontdekking werd gedaan bij het superzware zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel NGC 3783. Gedurende tien dagen in juli 2024 hield de nieuwe XRISM orbitale röntgentelescoop, ondersteund door zes andere observatoria, het object onafgebroken in de gaten. “Vroeger wisten we dat zwarte gaten ‘winden’ van gas wegbliezen, maar we wisten niet wat zo’n wind startte. Het was alsof we naar een stilstaande ‘foto’ van een winderige dag keken,” legt hoofdauteur van dit onderzoek Liyi Gu van het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON aan ons Scientias.nl uit. “Deze keer hebben we een complete ‘film’ opgenomen van de wind bij zijn geboorte: we zagen eerst de röntgenflits (de trigger) plaatsvinden en direct daarna het materiaal (de wind van gas) gelanceerd worden.”
De waarneming toont aan dat de accretie – het naar binnen spiralen van materie – explosief kan zijn. “We leerden dat een magnetische explosie (de flits) werd geactiveerd nabij het zwarte gat, waarbij een deel van de accretiestroom werd verhit en omhoog werd geschoten,” aldus Gu.
Met 60.000 kilometer per seconde de ruimte in
De precisiemetingen waren mogelijk dankzij het revolutionaire Resolve instrument aan boord van de XRISM-ruimtetelescoop. Deze microcaloriemeter kan röntgenstraling met ongekend detail ontleden. Door de Dopplerverschuiving van absorptielijnen in het spectrum van het wegvliegende gas te meten, konden de onderzoekers de snelheid exact vaststellen: zo’n 60.000 kilometer per seconde; twintig procent van de lichtsnelheid (!). De hele uitstoot van materie hield ongeveer drie dagen aan, zo observeerde men.
“De totale kracht die nodig was om deze wind te lanceren, wordt geschat op ongeveer een paar keer 10^44 erg per seconde,” zegt Gu. “Dit betekent dat het onze Zon een paar duizend jaar zou kosten om dezelfde hoeveelheid energie te produceren die deze gebeurtenis in één enkele seconde vertoonde.” Die energie is groot genoeg om de groei van het hele sterrenstelsel te beïnvloeden, een proces dat ‘Actieve Galactische Nucleus feedback’ wordt genoemd. Het kan stof en gas het sterrenstelsel uit wegblazen en zodoende stervorming doen vertragen.
Lees meer: Japanse ruimtetelescoop ontdekt iets merkwaardigs bij een neutronenster: “Een gelukstreffer”
Het elastiek dat knapt
Wat veroorzaakte deze gewelddadige uitbarsting? De data wijzen naar een proces dat magnetische reconnectie heet, hetzelfde mechanisme dat op de Zon zonnevlammen en coronale massa-ejecties (CME’s) veroorzaakt. “Accretie is niet alleen maar materie die in een afvoerputje spiraliseert. Er is een hete wolk van elektronen boven het zwarte gat, de corona genaamd. Daarin bouwt magnetische spanning zich op,” verduidelijkt Gu. “Uiteindelijk wordt de spanning te groot. De verdraaide magnetische ’touwen’ worden geforceerd samen te komen tot ze de spanning niet meer kunnen houden. Plotseling ‘breken’ ze en schieten ze direct terug in een eenvoudigere vorm. Als ze terugschieten, wordt een deel van dat magnetische touw – samen met de materie – afgekneld en volledig losgemaakt van het zwarte gat, waardoor de wind ontstaat.”
Lees meer: James Webb telescoop spot oudste supernova ooit
Dit beeld van een losschietend elastiek is een betere verklaring dan traditionele theorieën die uitgaan van stralingsdruk of thermische verdamping. “Dat zijn stabielere en mildere processen die lang nodig hebben om zich te ontwikkelen. Wij observeren echter dat het gas als een kogel wegschiet direct na de röntgenflits. Dat wordt beter verklaard door magnetische reconnectie,” concludeert Gu.
De zonnewind beïnvloedt ons weer in het zonnestelsel, maar de wind van dit zwarte gat heeft de potentie om zijn gehele sterrenstelsel te vormen. Dit soort ‘feedback’ is typerend voor een actief sterrenstelsel zoals het Seyfert 1-stelsel NGC 3783, waar het centrale zwarte gat voortdurend materie aantrekt en energie uitstoot. Ons eigen Melkwegstelsel bevindt zich momenteel in een rustige fase; het supermassieve zwarte gat Sagittarius A* is relatief inactief. Toch maakt deze ontdekking duidelijk welke kolossale krachten er vrijkomen in de ongeveer 10% van de sterrenstelsels die wél actief zijn. Het is aannemelijk dat ook onze Melkweg in het verre verleden dergelijke uitbarstingen heeft doorgemaakt, die mede de groei en evolutie hebben gevormd zoals wij die nu zien.
Slot
De ontdekking markeert een doorbraak in ons begrip van de dynamiek rond superzware zwarte gaten. Het laat niet alleen zien dat deze kosmische reuzen materie kunnen uitstoten via gewelddadige magnetische explosies, maar ook dat de onderliggende fysica universeel is – van de rustige Zon tot de meest extreme omgevingen in het heelal. De waarneming onderstreept de cruciale rol van nieuwe, gevoelige instrumenten zoals XRISM/Resolve, die eindelijk in staat zijn om de snelle en complexe processen in de kern van actieve sterrenstelsels live te volgen.
