Wat zijn radiostelsels?
Een radiostelsel is een type sterrenstelsel met gigantische gebieden van radio-emissies die veel verder reiken dan de zichtbare structuur van het sterrenstelsel.
Een radiostelsel is een sterrenstelsel dat de hemel boven de Aarde domineert in radiogolven. Deze heldere radiogolfemissies zijn afkomstig van lobben die zich ver buiten de zichtbare structuur van het sterrenstelsel uitstrekken, vaak miljoenen lichtjaren.
Deze radiolobben komen meestal in paren voor en ontstaan wanneer het hart van een sterrenstelsel de thuisbasis is van een zogenaamde actieve galactische kern (AGN), een extreem helder gebied dat wordt gedomineerd door een superzwaar zwart gat dat oververhit raakt en zich voedt met het omringende materiaal waardoor het gaat gloeien.
Ongeveer 15 – 20% van de sterrenstelsels met AGN’s zijn helder in radiogolven en worden geclassificeerd als “radioluid”. Wat de ene AGB “radioluid” en de andere “radiostil” maakt, wordt momenteel nog niet volledig begrepen, aangezien de emissies van andere golflengtes van licht, van ultraviolet rot röntgenstraling, vergelijkbaar zijn bij beide AGN’s.
Sommige onderzoeken suggereren dat de radioluidte verband kan houden met het type gaststelsel, waarbij radiostelsels bijna uitsluitend de vorm aannemen van gigantische elliptische sterrenstelsels. Deze sterrenstelsels zouden kunnen ontstaan door de fusie van twee kleinere sterrenstelsels. Radio-emissies kunnen ook in verband worden gebracht met de rotatie van het centrale zwarte gat, wat de vorming van krachtige jets kan vergemakkelijken.
Wetenswaardigheden
Voorbeelden van radiostelsels
Bekende voorbeelden van radiostelsels zijn onder andere Cygnus A, met een heldere radiobron die bestaat uit twee heldere lobben van golvend gas en stof aan weerszijden van een galactische kern, Messier 87, met twee jets die uit een heldere kern komen en Centaurus A, een elliptisch sterrenstelsel doorsneden door een brede band van stof.
Welke soorten radiostelsels zijn er?
Er zijn twee verschillende soorten radiostelsels die worden gedefinieerd door verschillen in hun optische emissie. Brede radiostelsels vertonen brede lichtemissies van geïoniseerde zuurstof, waterstof en silicium in hun optische spectrum. Smallijnige radiostelsels zijn AGN’s die geen brede emissielijnen hebben maar wel smalle emissielijnen van waterstof en drievoudig geïoniseerde zuurstof.
Wat is het verschil tussen een radiostelsel en een normaal sterrenstelsel?
Een radiostelsel is een sterrenstelsel dat een actieve galactische kern (AGN) bezit die lobben naar buiten duwt die heldere radiogolven uitzenden. Veel sterrenstelsels zoals het onze hebben geen AGN’s, die worden aangedreven door superzware zwarte gaten, maar zelfs sterrenstelsels die dat we hebben, stoten niet noodzakelijkerwijs radiogolven of “radioluid” uit. Alleen deze AGN’s worden gedefinieerd als radiostelsels.
Wat drijft “radioluide” actieve galactische kernen aan?
Het meest gangbare model van radiostelsels suggereert dat de massieve dubbele radiolobben hun energie halen uit de jets van superzware zwarte gaten. Terwijl de jets de lobben voeden, wordt de druk daarin opgebouwd en stromen ze naar buiten.
De meest voorkomende structuren van radiostelsels zijn dubbele, bijna symmetrische elliptische lobben die zich over vele duizenden lichtjaren van de AGN uitstrekken tot wel tien keer de breedte van het sterrenstelsel. Ze behoren tot de grootste structuren die astronomen ooit hebben gezien. Deze plasmawolken – oververhit geïoniseerd gas – liggen op één lijn met het centrum van hun sterrenstelsels en kunnen in minder heldere radiostelsels ook de vorm aannemen van langwerpige pluimen.
Bij sommige radiostelsels, zoals Messier 87, dat zich op een afstand van 55 miljoen lichtjaar van de Aarde bevindt, komen zichtbare straalstromen uit hun AGN rechtstreeks in de plasmapluimen van het stelsel terecht waardoor dit groeimechanisme wordt ondersteund.
Sommige radiostelsels hebben een twee paar kleinere lobben die zich dichter bij de AGN bevinden. Aangenomen wordt dat deze zijn uitgestoten door een soortgelijke maar recentere gebeurtenis als die waarbij het eerste paar lobben werd gelanceerd, wat betekent dat de kleinere lobben geen tijd hebben gehad om uit te dijen.
Radiogolfemissies uit deze lobben zijn afkomstig van zogenaamde synchrotronstraling die wordt gegenereerd doordat elektronen in de lobben door krachtige magnetische velden worden versneld tot relativistische snelheden – snelheden die die van licht ineen vacuüm benaderen. De synchrotronstraling is niet alleen te zien in radiogolven; als de elektronen worden versneld tot voldoende hoge snelheden worden emissies ook zichtbaar in infrarood, optisch, ultraviolet en zelfs röntgengolflengtes.
De radiogolfemissies van radiolobben kunnen zo krachtig zijn dat ze per seconde evenveel energie kunnen afgeven als tien keer de totale energie die door het hele sterrenstelsel wordt uitgestoten.
Wat was het eerste radiostelsel dat werd ontdekt en door wie?
De ontdekking van radiostelsels vond eind jaren ’30 en begin jaren ’40 plaatst toen radaroperators ze tijdens de Tweede Wereldoorlog per ongeluk begonnen op te pikken. Het zou nog eens tien jaar duren voordat ze beter zouden begrijpen was er was ontdekt toen de praktijk van radioastronomie tot bloei kwam.
Het eerste radiostelsel dat werd gevonden was Cygnus A, ontdekt door een pionier in de radioastronomie, Grote Reber, in 1939, een elliptisch sterrenstelsel met dezelfde naam dat ongeveer 500 miljoen lichtjaar van ons is verwijderd. Het is een van de dichtstbijzijnde en helderste radiostelsels die ooit zijn gevonden.
Cygnus A bestaat uit twee karakteristieke lobben die uit een compacte galactische kern komen. Aan de rechterkant komt er een jet uit deze kern tevoorschijn die energie naar de rechter lob voert. Aanwezig maar minder duidelijk is een tweede straal links van de kern die energie levert aan de linker lob. Deze jets komen tevoorschijn uit een superzwaar zwart gat in het hart van Cygnus A, waarvan wordt aangenomen dat het een massa heeft die overeenkomt met 2,5 miljard zonsmassa.
Bekende voorbeelden van radiostelsels
Centaurus A is een van de meest prominente voorbeelden van een radiostelsel, maar er bestaan ook andere uitzonderlijke radioluide superzware, door zwarte gaten aangedreven sterrenstelsels in het heelal.
Centaurus A, ook bekend als NGC 5128 en Caldwell 77, bevindt zich op een afstand van ongeveer 12 miljoen lichtjaar van de Aarde, waardoor het een van de dichtstbijzijnde radiostelsels is en het vijfde helderste sterrenstelsel aan de hemel. Een bijzonder kenmerk van dit radiostelsel is de dikke stofbaan die er doorheen loopt waardoor het AGN-hart aan het zicht wordt onttrokken. Aangenomen wordt dat dit het resultaat is van een fusie met een ander sterrenstelsel met Centaurus A, ongeveer 500 miljoen jaar geleden.
Er wordt aangenomen dat het superzware zwarte gat in het centrum van Centaurus A een massa heeft van ongeveer 100 miljoen zonsmassa’s. men kan zien dat de radiolobben van Centaurus A zich uitstrekken over een afstand van meer dan 1,6 miljoen lichtjaar, met daarin een kleinere secundaire reeks lobben die zich uitstrekken over ongeveer 1/10de van deze afstand, ± 160.000 lichtjaar.
Niet alleen is M87, ook bekend als Virgo A, een radiostelsel, maar het is ook de thuisbasis van een van de beroemdste zwarte gaten in de geschiedenis van de astronomie. Het superzware zwarte gat in M87, dat ongeveer 4,5 miljard zonsmassa is, lanceert niet alleen jets die de radio-emissies van dit sterrenstelsel aandrijven, het is ook het eerste zwarte gat dat ooit door de mensheid in beeld is gebracht en wel in 2017 door de Event Horizon Telescope. De opname werd in 2019 vrijgegeven. De radiolobben van M87 golven naar schatting ongeveer 130.000 lichtjaar uit.
Het radiostelsel NGC 1265 bevindt zich in de Perseus-cluster en staat bekend als een “kop-staart-radiostelsel” omdat de lobben zich erachter uitstrekken, bijna alsof ze worden teruggedreven door een enorme kosmische wind. Er wordt aangenomen dat de oorzaak hiervan de magnetische polarisatie in de staart is.
Eerste publicatie: 5 januari 2024
Bron: space.com