Sterrenkundigen maken hartfilmpje van zwart gat

Een zwart gat krijgt eerst een brede corona en stoot daarna pas straalstromen uit. Dat blijkt onder andere uit het 'hartfilmpje' dat een internationaal team van sterrenkundigen heeft gemaakt van een zwart gat en een ster die om elkaar heen draaien. Het team, onder leiding van Mariano Méndez van de Rijksuniversiteit Groningen, publiceerde de resultaten maandag 7 maart in Nature Astronomy.

Net zoals bij een mensenhart het bloed niet tegelijk in de boezem en in de kamer kan zijn, blijkt een zwart gat ook eerst materiaal te verzamelen en op te warmen in een zogeheten corona, om het daarna pas uit te spuwen in jets. ‘Het klinkt logisch, maar er is al twintig jaar discussie over of de corona en de jet niet gewoon hetzelfde waren. Wij zien dus nu dat ze na elkaar ontstaan en dat de jet uit de corona volgt’, aldus hoofdonderzoeker Mariano Méndez (Kapteyn Instituut, Rijksuniversiteit Groningen). ‘Het was een heel karwei om deze volgorde van gebeurtenissen aan te tonen. We moesten gegevens van jaren vergelijken met die van seconden, en van hele hoge energieën met hele lage.’

Röntgenstraling

De onderzoekers verzamelden 15 jaar aan gegevens van meerdere telescopen. Ze gebruikten onder andere de Rossi X-ray Timing Explorer. Die telescoop was vanuit de ruimte ongeveer elke drie dagen op het zwarte gat GRS 1915+105 gericht en ving hoog-energetische röntgenstraling op van de corona. De astronomen combineerden de röntgengegevens met die van de Ryle Telescope. Dat is een verzameling radioschotels zo'n negentig kilometer ten noorden van Londen, die bijna dagelijks de laag-energetische radiostraling opvangen van de jet van het zwarte gat.

Het zwarte gat GRS 1915+105 is geen los zwart gat, maar een systeem waarin een zwart gat en een ster om elkaar heen draaien. Het dubbelsysteem ligt in onze Melkweg op ongeveer 36.000 lichtjaar van ons vandaan in de richting van het sterrenbeeld Arend (Aquila). Het zwarte gat weegt ongeveer zo zwaar als twaalf keer onze zon en is daarmee een van de zwaarst bekende stellaire zwarte gaten.

Magnetisch veld

Nu de onderzoekers de volgorde van gebeurtenissen hebben bewezen, blijven er nog wel wat vragen open staan. De röntgenstraling die de telescopen opvangen van de corona bevat bijvoorbeeld meer energie dan alleen te verklaren is uit de temperatuur van die corona. De onderzoekers vermoeden dat een magnetisch veld voor extra energie zorgt. Dat magnetisch veld en de bijbehorende energie zou ook kunnen verklaren waarom er jets ontstaan. Als het magnetische veld chaotisch is, warmt de corona op. Als het magnetisch veld vervolgens minder chaotisch wordt, kan materiaal via de magnetische veldlijnen ontsnappen in een jet.

De onderzoekers vermoeden dat het principe dat ze hebben aangetoond ook weleens zou kunnen gelden voor zwaardere zwarte gaten, bijvoorbeeld voor het superzware zwarte gat dat zich in het centrum van onze Melkweg bevindt.

Referentie: Mariano Méndez, Konstantinos Karpouzas, Federico García, Liang Zhang, Yuexin Zhang, Tomaso M. Belloni en Diego Altamirano: Coupling between the accreting corona and the relativistic jet in the micro quasar GRS 1915+105, Nature Astronomy, 7 maart 2022.

Tekst: NOVA/Astronomie.nl