Astronomisch Nieuws

Grote ringen rond zwart gat

De ringen rond het zwarte gat van V404 Cygni
De ringen rond het zwarte gat van V404 Cygni. Credit :NASA

Astronomen hebben met behulp van de Chandra röntgentelescoop en het Neil Gehrels Observatory, beiden van de NASA, een spectaculaire set ringen waargenomen rond een zwart gat. De röntgenopnames van de ringen hebben nieuwe informatie opgeleverd over stof in ons sterrenstelsel.

Het zwarte gat maakt deel uit van het binaire systeem V404 Cygni dat ongeveer 7800 lichtjaar van de Aarde is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Cygnus – Zwaan. Het zwarte gat duwt actief materiaal van een begeleidende ster weg. Deze ster heeft een massa van ongeveer 0,5 zonsmassa. De materie wordt in een schijf geduwd rond het onzichtbare object. Het materiaal is zichtbaar in röntgenlicht en dus spreken astronomen graag over een röntgendubbele.

Op 5 juni 2015 nam de Swift röntgentelescoop in de ruimte een uitbarsting van röntgenstraling waar die afkomstig was van V404 Cygni. De uitbarsting zorgde voor de hoogenergetische ringen van een fenomeen dat astronomen licht echo’s noemen. In plaats van geluidsgolven die tegen een muur botsen worden de licht echo’s rond V404 Cygni, geproduceerd door een uitbarsting van röntgenstraling van een zwarte gatsysteem, weerkaatst door stofwolken rond V404 Cygni en de Aarde. Kosmisch stof is anders dan huishoudstof. Het heeft meer weg van rook en het bestaat uit kleine, vaste deeltjes.

In de nieuwe compositieopname zijn röntgenopnames van Chandra (lichtblauw) gecombineerd met optische gegevens van de Pan-STARRS telescoop op Hawaï, deze toont de sterren die in dit gezichtsveld staan. De afbeelding bevat 8 afzonderlijke ringen. Iedere ring is ontstaan als gevolg van uitbarstingen van röntgengolven van V404 die zijn waargenomen in 2015 en die reflecteren tegen verschillende stofwolken. De getoonde afbeelding is een illustratie die verklaart hoe de ringen die Chandra en Swift zien, werden geproduceerd. Om de tekening te vereenvoudigen zijn er slechts vier van de acht ringen afgebeeld.

Het team analyseerde 50 Swiftwaarnemingen die tussen 30 juni en 25 augustus 2015 werden gemaakt. Chandra nam het systeem waar tussen 11 en 25 juli 2015. Het was een dermate heldere gebeurtenis dat de missieleiding van Chandra met opzet V404 Cygni tussen de detectoren plaatste zodat een andere heldere uitbarsting de gevoelige detectoren niet zou beschadigen.

De ringen vertellen astronomen niet alleen iets over het gedrag van het zwarte gat maar ook over het landschap tussen V404 Cygni en de Aarde. Zo vertelt de diameter van de ringen in röntgen iets over de afstanden tot de tussenliggende stofwolken waar ze tegen weerkaatsen. Als de wolk dichter bij de Aarde is lijken de ringen groter en omgekeerd. De lichtecho’s zijn zichtbaar als smalle ringen en niet als wijde ringen of halo’s en dat komt doordat de röntgenuitbarstingen slechts korte tijd duren.

De onderzoekers gebruikten de ringen ook om de eigenschappen van de stofwolken zelf te bepalen. Ze vergeleken de röntgenspectra, de helderheid van de röntgenspectra over een bepaald golflengtebereik, met computermodellen van stof met verschillende samenstellingen. Verschillende stofsamenstellingen zullen ertoe leiden dat verschillende hoeveelheden van de röntgenstraling met lagere energie worden geabsorbeerd en niet meer door Chandra gedetecteerd kunnen worden. Dit is vergelijkbaar met de manier waarop onze bagage verschillende hoeveelheden röntgenstraling absorbeert wat dan weer informatie oplevert over structuur en samenstelling.

Het team bepaalde dat het stof hoogstwaarschijnlijk bestaat uit mengsels van grafiet en siliciumkorrels. Door de binnenste ringen met Chandra te bestuderen zagen de onderzoekers ook dat de dichtheden van de stofringen niet in alle richtingen gelijk waren.

Dit resultaat houdt verband met een vergelijkbare bevinding van de röntgendubbelster Cygnus X-1. Deze bevat een neutronenster in plaats van een zwart gat.

Artikel: S. Heinz et al. 2016. A Joint Chandra and Swift View of the 2015 X-Ray Dust-Scattering Echo of V404 Cygni. ApJ 825, 15

Eerste publicatie: 12 augustus 2021
Bron: SpaceDaily en anderen