Astronomen vinden een ondermaatse quasar in verre sterrenstelselcluster
Astronomen hebben met behulp van de Chandra röntgentelescoop en de Very Large Array dat H1821+643 – de dichtstbijzijnde quasar gehost door een cluster van sterrenstelsels, op een afstand van ongeveer 3,4 miljard lichtjaar – minder invloedrijk is dan veel andere grote zwarte gaten in andere clusters van sterrenstelsels.
Quasars zijn een zeldzame en extreme klasse van superzware zwarte gaten die materiaal naar binnen trekken en intense straling en soms krachtige jets produceren.
Deze quasar, bekend als H1821+643, bevindt zich op ongeveer 3,4 miljard lichtjaar afstand van de Aarde en bevat een zwart gat met en massa van ongeveer 4miljard zonsmassa.
De meeste groeiende superzware zwarte gaten trekken materiaal minder snel naar binnen dan die in quasars.
Astronomen hebben de impact van deze meer voorkomende zwarte gaten bestudeerd door ze in de centra van clusters van sterrenstelsels waar te nemen.
Regelmatige uitbarstingen van dergelijke zwart gaten voorkomen dat de enorme hoeveelheden oververhit gas waarin ze zijn ingebed, afkoelen, waardoor het aantal sterren dat zich in hun gaststelsels vormt wordt beperkt en de hoeveelheid brandstof die naar het zwarte gat wordt gesluisd, wordt beperkt.
Er is veel minder bekend over hoeveel invloed quasars in clusters van sterrenstelsels hebben op hun omgeving.
Onderzoekers hebben ontdekt dat de quasar een groot deel van de controle lijkt te hebben opgegeven die werd opgelegd door langzamer groeiende zwarte gaten. De eetlust van het zwarte gat wordt niet geëvenaard door zijn invloed. Om dit deze conclusie te komen gebruikten Dr. Helen Russell van de universiteit van Nottingham en collega’s de Chandra röntgentelerscoop om het hete gas te bestuderen waarin H1821+643 en zijn gaststelsel zijn gehuld.
De heldere röntgenstraling van de quasar maakte het echter moeilijk om de zwakkere röntgenstraling van het hete gas te bestuderen.
De onderzoekers moesten de röntgenstraling voorzichtig verwijderen om te onthullen wat de invloed van het zwarte gat is. Ze zouden dan kunnen zien dat het eigenlijk weinig effect heeft op de omgeving.
Met behulp van Chandra vonden de onderzoekers dat de dichtheid van het gas nabij het zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel veel groter is en de temperatuur van het gas veel lager dan in verder weg gelegen gebieden.
Ze verwachten dat het hete gas zich zo zal gedragen als er weinig of geen energie-input is (die doorgaans afkomstig is van uitbarstingen van een zwart gat) om te voorkomen dat het hete gas afkoelt en naar het centrum van de cluster stroomt.
“Het gigantische zwarte gat genereert veel minder warmte dan de meeste andere in centra van clusters van sterrenstelsels. Hierdoor kan het hete gas snel afkoelen en nieuwe sterren vormen, en ook fungeren als brandstofbron voor het zwarte gat”, aldus Dr. Lucy Clews, astronoom aan de Open University.
De onderzoekers stelden vast dat heet gas – gelijk aan ongeveer 3000 zonsmassa per jaar – zodanig afkoelt dat het niet langer zichtbaar is in röntgenstraling.
Deze snelle afkoeling kan gemakkelijk genoeg materiaal opleveren voor de 120 zonsmassa aan nieuwe sterren die elk jaar in het gaststelsel worden gevormd, en de 40 zonsmassa die het zwarte gat elk jaar verbruikt.
De wetenschappers onderzochten ook de mogelijkheid dat de straling van de quasar er rechtstreeks voor zorgt dat het hete gas van de cluster afkoelt.
Hierbij botsen fotonen van licht uit de quasar met elektronen in het hete gas, waardoor de fotonen energieker worden en de elektronen energie verliezen en afkoelen.
Uit het onderzoek blijkt dat dit soort koeling waarschijnlijk plaatsvindt in de cluster met H1821+643, maar dat deze veel te zwak is om de grote hoeveelheid gaskoeling te verklaren.
“Hoewel dit zwarte gat misschien ondermaats presteert door geen warmte in zijn omgeving te pompen, zal de huidige stand van zaken waarschijnlijk niet eeuwig duren”, zegt Dr. Thomas Braben, astronoom aan de universiteit van Nottingham.
“Uiteindelijk zou de snelle brandstofinname door het zwarte gat de kracht van de jets moeten vergroten en het gas sterk moeten verwarmen.”
“De groei van het zwarte gat en zijn sterrenstelsel zou dan drastisch moeten vertragen.”
Het bevindingen van het team worden in de Monthly Notices van de Royal Astronomical Society gepubliceerd.
Artikel: H.R. Russell et al. 2024. A cooling flow around the low-redshift quasar H1821+643. MNRAS, in press; arXiv: 2401.03022
Eerste publicatie: 23 maart 2024
Bron: sci-news
