XRISM ziet ijzer in de accretieschijf van het zwarte gat in NGC 4151
NGC 4151 is een spiraalstelsel op een afstand van ongeveer 62 miljoen lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Jachthonden – Canes Venatici.
De X-Ray and Spectroscopy Mission (XRISM) – een samenwerking tussen JAXA en NASA met een belangrijke deelname van de ESA – werd op 6 september 2023 vanaf het Tanegashima Space Center in Japan gelanceerd.
De wetenschappelijke waarnemingen begonnen in februari 2024 en de telescoop heeft o.a. het zwarte gat in het centrum van NGC 4151 bestudeerd.
Het Resolve-instrument van XRISM heeft een gedetailleerd spectrum van het gebied rond het zwarte gat vastgelegd. De pieken en dalen zijn als chemische vingerafdrukken die ons kunnen vertellen welke elementen aanwezig zijn en die aanwijzingen kunnen geven over het lot van materie als deze het zwarte gat nadert.
Het superzware zwarte gat van NGC 4151 heeft een massa van meer dan 20 miljoen zonsmassa’s. Het sterrenstelsel is ook actief, wat betekent dat het centrum ongewoon helder en variabel is.
Gas en stof dat naar het zwarte gat wervelt, vormt een accretieschijf eromheen en warmt het op door zwaartekracht- en wrijvingskrachten waardoor de variabiliteit ontstaat. Een deel van de materie aan de rand van het zwarte gat vormt twee jets van deeltjes die met bijna de lichtsnelheid vanaf elke kant van de schijf naar buiten schieten.
Een opgezwollen, donutvormige wolk van materiaal, een torus genaamd, omringt de accretieschijf.
In feite is NGC 4151 een van de meest bekende actieve sterrenstelsels. Het is ook al bestudeerd door andere missies zoals de Hubble Space Telescope en de Chandra röntgentelescoop om zo mee te weten te komen over de interactie tussen zwarte gaten en hun omgeving, wat wetenschapper smeer kan vertellen hoe superzware zwarte gaten in galactische centra in de tijd groeien.
Het sterrenstelsel is ongewoon helder in röntgenstraling waardoor het een ideaal vroeg doelwit was voor XRISM.
Het spectrum van Resolve van NGC 4151 onthult een scherpe piek bij energieën net onder de 6,5 KeV – een emissielijn van ijzer.
Astronomen denken dat een groot deel van de kracht van actieve sterrenstelsels afkomstig is van röntgenstraling die afkomstig is uit hete, opvlammende gebieden dichtbij het zwarte gat.
Röntgenstraling die terugkaatst op koeler gas in de schijf zorgt ervoor dat ijzer daar fluoresceert, waardoor een specifieke röntgenpiek ontstaat.
Hierdoor kunnen ze een beter beeld schetsen van zowel de schijf als de uitbarstende gebieden veel dichter bij het zwarte gat.
Het spectrum vertoont ook verschillende dips rond 7 KeV, aldus de onderzoekers. IJzer in de torus veroorzaakt ok deze dips, zij het door absorptie van röntgenstraling en niet door emissie, omdat het materiaal daar veel koeler is dan in de schijf.
Al deze straling is zo’n 2500 keer energieker dan het licht dat we met onze ogen kunnen zien.
IJzer is slechts één element dat XRISM kan detecteren. De telescoop kan ook zwavel, calcium, argon en andere stoffen detecteren, afhankelijk van de bron.
Elk verhaal vertelt ons iets anders over de kosmische verschijnselen verspreid over de röntgenhemel, aldus de onderzoekers.
Eerste publicatie: 9 mei 2024
Bron: Goddard Space Flight Center/sci-news
