Event Horizon Telescope maakt ongekende opname van de straling van een zwart gat

De Jet uit blazar 3C 279
Door in te zoomen op de jet van het zwarte gat en deze op verschillende radiogolflengten te bekijken, worden meer gedetailleerde structuren zichtbaar. Afbeelding: J.Y. Kim, Boston University Blazar-programma en de EHT-samenwerking. (MPIfR)

Een wereldwijd netwerk van telescopen heeft een beeld geproduceerd van een bundel radiogolven die met meer dan 15 keer de lichtsnelheid vanuit het midden van een superzwaar zwart gat lijkt te blazen.

Een jaar geleden werkten astronomen van sterrenwachten over de gehele wereld samen om voor het eerst een afbeelding te maken van de schaduw van een zwart gat. Maar het samenwerkingsverband in de Event Horizon Telescope kunnen meer doen dan afbeeldingen maken van een kosmische donut. Tijdens de waarnemingssessie van april 2017 werd er ook een opname gemaakt van een blazar, dit is een superzwaar zwart gat dat een bundel van straling richting de Aarde blaast. Astronomen kregen hiermee voor het eerst een goed beeld van een dergelijke bundel straling.

Het begrijpen van deze jets van zwarte gaten en hoe ze ontstaan is van cruciaal belang voor astrofysici in deze tijd en een populaire manier om ze te bestuderen is met behulp van Very Long Baseline Interferometrie (VLBI). VLBI is een methode die de waarnemingen van radiotelescopen over de gehele wereld kan combineren waardoor er effectief een veel grotere telescoop ontstaat. Op die manier wordt er een beter oplossend vermogen bereikt en kunnen ver verwijderde objecten veel beter worden bestudeerd. Iedere telescoop neemt de straling op die van een bron afkomstig is. Daarnaast wordt de exacte tijd dat de straling wordt ontvangen opgenomen. Met behulp van computers worden alle data omgezet naar een beeld met een hoge resolutie.

Het beroemdste gebruik van VLBI was afkomstig van de Event Horizon Telescope. Dit is een wereldwijd samenwerkingsverband dat voor het eerst de donkere cirkel in het centrum van een zwart gat vast wist te leggen. Acht radiotelescopen verzamelden in 2017 gedurende twee weken gegevens. Die samenwerking leidde tot de inmiddels iconische opname van het centrum van Messier 87. Deze opname werd in april 2018 gepresenteerd. Ofschoon de opname van M87 leidde tot een beter begrip van het ontstaan van deze jets zorgde het niet tot een rechtstreekse koppeling van de jet met het zwarte gat. Maar er werden ook andere objecten waargenomen waaronder een helder bron van radiostraling, de blazar 3C 279 dit miljarden lichtjaren van ons ons verwijderd.

De resultaten van de analyse van de data van 3C 279 zijn nu pas gepubliceerd. Het onderzoek werd geleid door Jae-Young Kim van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland. De EHT nam het object waar op 4,6,10 en 11 april 2017. In de daaropvolgende jaren waren wetenschappers bezig om de waarnemingen te combineren en de gegevens te analyseren.

Deze waarnemingen brachten de jet met resolutie tot een half lichtjaar in beeld. De structuur leek verdraaid aan de basis en had kleinere substructurele componenten die loodrecht op ons gezichtsveld bewogen. Het veranderde zelfs in de loop van de paar dagen van het observatievenster. Twee van de straalcomponenten leken sneller te bewegen dan de lichtsnelheid, in feite 15 en 20 keer de lichtsnelheid. Ze bewegen niet echt sneller dan de lichtsnelheid; ze lijken het alleen aan de sterrenhemel te doen. Samen suggereren de waarnemingen dat de straal een gebogen of roterende emissie kan zijn van schokgolven die worden veroorzaakt door instabiliteit in het plasma.

Een natuurkundige die niet bij de studie betrokken was, postdoctoraal onderzoeker Konstancja Satalecka bij DESY (Duitse nationale laboratorium voor hoge-energiefysica) in Duitsland, zegt dat de metingen op zichzelf al boeiend zijn, maar nog spannender zullen zijn in combinatie met andere stralingsgolflengten, zoals gammastraling. Gammastraling-emissies van jets worden geassocieerd met het vormen van nieuwe kenmerken en kunnen ook worden gecorreleerd met meer mysterieuze uitbarstingen zoals neutrino’s en kosmische straling.

“Aangezien de EHT-waarnemingen werden gedaan in een tijd waarin 3C 279 hoge variabiliteit in gammastralen vertoonde, ben ik erg enthousiast over de volgende publicatie waarin de gegevens met meerdere golflengten zullen worden gebruikt om de processen in de jet te modelleren,” zegt Satalecka. “Hopelijk kunnen we de locatie van het gamma-stralingsemissiegebied bepalen en meer te weten komen over de versnellings- en emissiemechanismen die verantwoordelijk zijn voor hun productie.”

Deze jet is slechts één voorbeeld, legde Satalecka uit, van een familie van objecten die enorme variatie kunnen vertonen. Dit betekent dat de resultaten hier niet kunnen worden gegeneraliseerd naar andere actieve galactische kernen – sterrenstelsels waarvan de centra ook straling uitstralen. Toch is het een stap in de goede richting om te begrijpen hoe deze jets zich vormen.

Wetenschappers zijn nog steeds bezig met het analyseren van de gegevens van april 2017 en ze hopen om uiteindelijk een afbeelding of zelfs een video te kunnen maken van het zwarte gat in het centrum van ons eigen sterrenstelsel. De COVID-19 pandemie heeft er voor gezorgd dat er deze mand geen waarnemingen met de EHT worden gedaan. Wetenschappers van de EHT zijn dus nu bezig met de gegevens van 2017 en 2018. In maart 2021 wil men een uitgebreide run met 11 sterrenwachten uitvoeren.

Bron: Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution

Eerste publicatie: 8 april 2020
Bron: diverse persberichten