Astronomen detecteren variabiliteit in extragalactische röntgenjets
Astronomen hebben pas relatief recent ontdekt dat jet van zwarte gaten röntgenstraling uitzenden maar hoe deze jets deeltjes naar deze hoogenergetische toestand versnellen is nog een raadsel. Een toonaangevend model van hoe dergelijke jets röntgenstraling genereren verwacht dat de röntgenemissies over lange tijdschalen (miljoenen jaren) stabiel blijven. De astronoom Eileen Meyer en collega’s van de universiteit van Maryland ontdekten echter dat de röntgenstraling van een statistisch significant aantal jets in slechts een paar jaar varieerde.
“Een van de redenen waarom we enthousiast zijn over deze variabiliteit is dat er twee hoofdmodellen zijn voor hoe röntgenstralen in deze jets worden geproduceerd, en ze zijn totaal verschillend”, zegt Dr. Meyer, hoofdauteur van het onderzoek dat in het tijdschrift Nature Astronomy is gepubliceerd.
“Het ene model roept elektronen met zeer lage energie op en het andere model heeft elektronen met zeer hoge energie. En een van die modellen is totaal onverenigbaar met enige vorm van variabiliteit.”
Voor het onderzoek analyseerden Dr. Meyer en coauteurs archiefgegevens van de Chandra röntgentelescoop van de NASA. Ze keken naar bijna alle jets van zwarte gaten waarvoor Chandra meerdere waarnemingen had. Dit kwam neer op 155 unieke gebieden binnen 53 jets.
“Het ontdekken van relatief frequente variabiliteit op zo’n korte tijdschaal is revolutionair in de context van deze jets, omdat het helemaal niet werd verwacht,” zei Dr. Meyer.
Naast deaanname van stabiliteit in röntgenstraling in de loop van de tijd, gaat de eenvoudigste theorie voor hoe jets röntgenstralen genereren ervan uit dat deeltjesversnelling plaatsvindt in het centrum van het sterrenstelsel in de “motor” van het zwarte gat dat de jet aandrijft.
De auteurs vonden echter snelle veranderingen in röntgenstraling over de hele lengte van de jets. Dat suggereert dat deeltjesversnelling langs de hele jet plaatsvindt, op grote afstanden van de oorsprong van de straal bij het zwarte gat.
“Er zijn theorieën over hoe dit zou kunnen werken, maar veel van waar we mee hebben gewerkt is nu duidelijk onverenigbaar met onze waarnemingen,” aldus Dr. Meyer.
Interessant genoeg lieten de resultaten ook doorschemeren dat jets dichter bij de Aarde meer variabiliteit hadden dan die veel verder weg. Die laatsten zijn zo ver weg dat tegen de tijd dat het licht dat van hen komt de telescoop bereikt, het is alsof je terugkijkt in de tijd. Voor het team is het logisch dat oudere jets minder variabel zouden zijn.
“Vroeger in de geschiedenis van het heelal was het heelal kleiner en was de omgevingsstraling groter, wat volgens de onderzoekers zou kunnen leiden tot een grotere stabiliteit van röntgenstraling in de jets.
Artikel: E.T. Meyer et al. Variability of extragalactic X-ray jets on kiloparsec scales. Nat Astron, published online May 29, 2023; doi: 10.1038/s41550-023-01983-1
Eerste publicatie: 30 mei 2023
Bron: sci-news