Matroesjka in het heelal
Een internationaal team van astrofysici heeft vastgesteld dat superzware zwarte gaten hetzelfde gedrag vertonen als kleine stellaire zwarte gaten. Ze deden deze ontdekking aan de hand van waarnemingen aan een superzwaar zwart gat dat een ster heeft verscheurd, waardoor een krachtige gasstroom naar het zwarte gat op gang is gekomen. Normaal gesproken voltrekt zo’n verandering in de continue gasstroom zich te langzaam om waar te nemen.
Maar deze keer was er sprake van een abrupte overgang, waardoor de onderzoekers een jet konden ontdekken die materie juist van het zwarte gat af blaast. Dit komt overeen met het patroon van kleine zwarte gaten. De resultaten van het onderzoek verschijnen vandaag in Science.
Patroon bij kleine gaten
Sterrenkundigen vinden vaak gasstromen bij zwarte gaten. Veel superzware zwarte gaten worden gevoed door een continue toestroom van gas, die miljoenen jaren kan duren en in een mensenleven weinig verandert. Maar de nieuw ontdekte gasstroom gedroeg zich heel anders. De waarnemingen laten zien dat na de krachtige gasinjectie het zwarte gat een korte maar spectaculaire radioflits produceerde.
De astrofysici concluderen dat deze radioflits afkomstig is van een jet die materie met bijna de lichtsnelheid van het zwarte gat blaast. Ze zagen ook een flits van röntgen- en zichtbaar licht. Dit past precies in het patroon dat bij kleine, stellaire zwarte gaten is gevonden.
Radioflits snel opgespoord
De ontdekking van de radioflits werd mogelijk gemaakt door een snelle reactie van de sterrenkundigen nadat de ‘sterscheuring’ (bekend als ASAS-SN-14li) bekend was gemaakt in december 2014. “Eerdere pogingen om bewijs te vinden voor deze jets, die materie van het zwarte gat af blazen, kwamen gewoonweg te laat,” zegt Sjoert van Velzen (Johns Hopkins Universiteit), eerste auteur van het Science-artikel.
Co-auteur Thomas Wevers (Radboud Universiteit en SRON): “Bij eerdere pogingen ging het om kosmische ongelukken die veel verder weg plaatsvonden, terwijl we nu op de eerste rang zitten.” Eerste rang betekent in deze discipline van de sterrenkunde: op een afstand van zo’n 300 miljoen lichtjaar. Eerdere waarnemingen richtten zich op gebeurtenissen minstens drie keer zo ver weg.
Elegant beginsel
De jet die de sterrenkundigen ontdekten was voorspeld door het zogenaamde Matroesjka-principe van de astrofysica. Dit principe voorspelt dat alle compacte objecten in het heelal die materie aantrekken (bijvoorbeeld stellaire zwarte gaten en superzware gaten) zich hetzelfde gedragen, met een eenvoudige correctie gebaseerd op de massa van het object. Met andere woorden: een grote Matroesjka (een superzwaar zwart gat, miljoenen tot miljarden keren zo zwaar als onze zon) is niets anders dan een opgeschaalde versie van een kleinere Matroesjka (een stellair zwart gat van ongeveer tien zonsmassa’s).
Omdat stellaire zwarte gaten (bijna) altijd een jet produceren die radiostraling uitzendt als ze gevoed worden met grote hoeveelheden gas, voorspelt de theorie dat superzware gaten hetzelfde doen als ze een ster opslokken. “Ik heb de elegantie van het Matroesjka-principe altijd aantrekkelijk gevonden,” zegt co-auteur Peter Jonker (SRON/Radboud Universiteit). “Maar eerdere waarnemingen leverden geen bewijsmateriaal op voor de jets die het principe voorspelde. Onze nieuwe waarnemingen suggereren dat dit nieuwe type jet wel eens veel zou kunnen voorkomen. Eerdere waarnemingen waren simpelweg niet gevoelig genoeg om ze te ontdekken.”
Leerzame ongelukken
De sterrenkundigen besluiten met de voorspelling dat alle sterscheuringen een radioflits tot gevolg hebben die overeenkomt met de flits die zij nu hebben ontdekt. Door meer van dit soort kosmische ongelukken te bestuderen, komen sterrenkundigen meer te weten over de processen die zwarte gaten in staat stellen om zulke spectaculaire jets te produceren.
Voor hun onderzoek maakten de sterrenkundigen gebruik van de AMI-radiotelescoop, de Westerbork-radiotelescoop en de röntgentelescoop Swift. Het artikel A radio jet from the optical and X-ray bright stellar tidal disruption flare ASASSN-14li verschijnt 26 november in Science. Auteurs: Sjoert van Velzen (Johns Hopkins University), Thomas Wevers (Radboud Universiteit/SRON), Peter Jonker (SRON/Radboud Universiteit), G. E. Anderson (Universiteit van Oxford, Curtin University), N. C. Stone en B. D. Metzger (Universiteit van Columbia), M. Fraser, S. T. Hodgkin en H. C. Campbell (Universiteit van Cambridge), A. J. van der Horst (George Washington University), T. D. Staley (Universiteit van Oxford), A. J. Mendez (Johns Hopkins University), J. C. A. Miller-Jones (Curtin University), en R. P. Fender (Universiteit van Oxford).
