De Event Horizon Telescope Collaboration heeft de eerste afbeelding vrijgegeven van een zwart gat met observaties van de massieve, donker object in het centrum van Messier 87, of M87, vorige april. Dit zwarte gat heeft een massa van ongeveer 6,5 miljard keer die van de zon en bevindt zich op ongeveer 55 miljoen lichtjaar van de aarde. Het zwarte gat is door astronomen M87* genoemd en heeft onlangs de Hawaiiaanse naam 'Powehi' gekregen.

Voor jaren, astronomen hebben straling waargenomen van een straal van hoogenergetische deeltjes - aangedreven door het zwarte gat - die uit het centrum van M 87 schiet. Ze hebben de jet in de radio bestudeerd, optisch, en röntgenlicht, inclusief met Chandra. En nu door Chandra-observaties te gebruiken, onderzoekers hebben gezien dat delen van de jet met bijna de snelheid van het licht bewegen.

"Dit is de eerste keer dat zulke extreme snelheden door de jet van een zwart gat zijn vastgelegd met behulp van röntgengegevens, " zei Ralph Kraft van het Center of Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) in Cambridge, Massa., die de studie presenteerde op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii. "We hadden het scherpe röntgenzicht van Chandra nodig om deze metingen te doen."

Als materie dicht genoeg bij een zwart gat komt, het komt in een wervelend patroon terecht dat een accretieschijf wordt genoemd. Een deel van het materiaal van het binnenste deel van de accretieschijf valt op het zwarte gat en een deel ervan wordt weggeleid van het zwarte gat in de vorm van smalle bundels, of jets, van materiaal langs magnetische veldlijnen. Omdat dit invalproces onregelmatig is, de jets zijn gemaakt van bosjes of knopen die soms kunnen worden geïdentificeerd met Chandra en andere telescopen.

De onderzoekers gebruikten Chandra-waarnemingen van 2012 en 2017 om de beweging van twee röntgenknopen in de jet rond 900 en 2 te volgen, 500 lichtjaar verwijderd van het zwarte gat. De röntgengegevens laten beweging zien met schijnbare snelheden van 6,3 keer de lichtsnelheid voor de röntgenknoop dichter bij het zwarte gat en 2,4 keer de lichtsnelheid voor het andere.

"Een van de onbreekbare wetten van de natuurkunde is dat niets sneller kan bewegen dan de snelheid van het licht, " zei co-auteur Brad Snios, ook van het CfA. "We hebben de natuurkunde niet gebroken, maar we hebben een voorbeeld gevonden van een verbazingwekkend fenomeen dat superluminale beweging wordt genoemd."

Superluminale beweging vindt plaats wanneer objecten dichtbij de lichtsnelheid reizen in een richting die dicht bij onze gezichtslijn ligt. De jet reist bijna net zo snel naar ons toe als het licht dat hij genereert, de illusie geven dat de beweging van de jet veel sneller is dan de snelheid van het licht. In het geval van M87*, de jet wijst dicht in onze richting, resulterend in deze exotische schijnbare snelheden.

Astronomen hebben eerder dergelijke bewegingen gezien in de jet van M87* op radio- en optische golflengten, maar ze zijn er niet in geslaagd om definitief aan te tonen dat de materie in de jet met zeer dicht bij de lichtsnelheid beweegt. Bijvoorbeeld, de bewegende kenmerken kunnen een golf of een schok zijn, vergelijkbaar met een sonische knal van een supersonisch vliegtuig, in plaats van de bewegingen van de materie te volgen.

Dit laatste resultaat toont het vermogen van röntgenstralen om te werken als een nauwkeurig kosmisch snelheidskanon. Het team merkte op dat het object dat met een schijnbare snelheid van 6,3 keer de lichtsnelheid bewoog, tussen 2012 en 2017 ook met meer dan 70% vervaagde. Deze vervaging werd waarschijnlijk veroorzaakt door het energieverlies van deeltjes als gevolg van de straling die wordt geproduceerd terwijl ze rond een magnetisch veld. Om dit te laten gebeuren, moet het team op beide momenten röntgenstralen van dezelfde deeltjes zien, en geen bewegende golf.

"Ons werk levert het sterkste bewijs tot nu toe dat deeltjes in de jet van M87* zich in feite met dicht bij de kosmische snelheidslimiet voortbewegen", zei Snoes.

De Chandra-gegevens vormen een uitstekende aanvulling op de EHT-gegevens. De grootte van de ring rond het zwarte gat die met de Event Horizon Telescope wordt gezien, is ongeveer honderd miljoen keer kleiner dan de grootte van de jet die met Chandra wordt gezien.

Een ander verschil is dat de EHT in april 2017 gedurende zes dagen M87 heeft waargenomen, het geven van een recente momentopname van het zwarte gat. De Chandra-waarnemingen onderzoeken uitgestoten materiaal in de jet die honderden en duizenden jaren eerder vanuit het zwarte gat werd gelanceerd.

"Het is alsof de Event Horizon Telescope een close-up beeld geeft van een raketwerper, " zei Paul Nulsen van het CfA, een andere co-auteur van de studie, 'en Chandra laat ons de raketten tijdens de vlucht zien.'

Naast de presentatie op de AAS-bijeenkomst, deze resultaten worden ook beschreven in een paper in The Astrofysisch tijdschrift geleid door Brad Snios die online beschikbaar is.