Sommige superzware zwarte gaten lanceren krachtige bundels materiaal, of jets, terwijl anderen dat niet doen. Astronomen hebben nu misschien ontdekt waarom.

Met behulp van gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory, ESA's XMM-Newton, Duitsland ROentgen SATELLIET (ROSAT), de Karl G. Jansky Very Large Array van de NSF, de Sloan Digital Sky Survey, en andere telescopen, onderzoekers hebben meer dan 700 quasars bestudeerd - snel groeiende superzware zwarte gaten - om de factoren te isoleren die bepalen waarom deze zwarte gaten jets lanceren.

Jets van superzware zwarte gaten kunnen enorme hoeveelheden energie in hun omgeving injecteren en de evolutie van hun omgeving sterk beïnvloeden. Eerder, wetenschappers realiseerden zich dat een superzwaar zwart gat snel moet draaien om sterke jets aan te drijven - maar niet alle snel draaiende zwarte gaten hebben jets.

"We ontdekten dat er nog een andere bepalende factor is of een superzwaar zwart gat jets heeft, iets dat een corona van een zwart gat wordt genoemd, door magnetische velden geleid, " zei Shifu Zhu van Penn State University in University Park, Pennsylvania, die de studie leidde. "Als je geen corona van een zwart gat hebt die helder is in röntgenstralen, het lijkt alsof je geen krachtige jets met zwarte gaten hebt."

In de astronomie, de term "corona" wordt vaak geassocieerd met de buitenste atmosfeer van de zon. Zwart gat corona's, anderzijds, zijn gebieden van diffuus heet gas die boven en onder een veel dichtere schijf van materiaal liggen die rond het zwaartekrachtszinkgat wervelt. Zoals de corona rond de zon, zwart gat corona's zijn voorzien van sterke magnetische velden.

"Het is als het bakken van brood waarbij je een paar ingrediënten nodig hebt om het recept voor een brood met succes te volgen, " zei co-auteur Niel Brandt, ook van Penn State. "Onze resultaten laten zien dat een ingrediënt waar je niet zonder kunt bij het 'maken' van krachtige quasar-jets een heldere corona is."

Het team behaalde hun resultaten door een beter begrip te krijgen van de röntgenstraling van quasars. Eerdere studies hadden aangetoond dat quasars zonder jets een kenmerkend verband vertonen tussen de sterkte van hun röntgenstraling en ultraviolette emissie. Deze correlatie wordt verklaard door ultraviolet licht van de schijf van het zwarte gat dat deeltjes in de corona treft. De resulterende energieboost zet het ultraviolette licht om in röntgenstralen.

In de nieuwe studie koos het team ervoor om het gedrag te onderzoeken van quasars die wel jets hebben. Ze vonden een correlatie tussen hoe helder de verschillende quasars zijn in röntgenstralen en ultraviolet licht dat opmerkelijk veel lijkt op die gevonden voor quasars zonder jets. Ze concludeerden dat de röntgenstraling in de jet-aandrijvende quasars ook wordt geproduceerd door een corona van een zwart gat.

Deze conclusie was een verrassing. Eerder, astronomen dachten dat de röntgenstraling van quasars met jets afkomstig is van de basis van de jets, omdat quasars met jets de neiging hebben om helderder te zijn in röntgenstralen dan die zonder. De nieuwe studie bevestigt dit verschil in helderheid, maar concludeert dat de extra röntgenstraling afkomstig is van helderdere corona's van zwarte gaten dan die van quasars met zwakkere of niet-bestaande jets.

"De bevinding dat de röntgenstraling in quasars met jets afkomstig is van een corona van een zwart gat, in plaats van uit de jets, daagt 35 jaar nadenken over de basisaard van deze emissie uit, " zei co-auteur Guang Yang van de Texas A&M University in College Station, Texas. "Het zou nieuw inzicht kunnen geven in de fysica van deze jets."

Een belangrijke implicatie van hun werk is dat om krachtige jets te produceren een quasar een heldere corona van een zwart gat moet hebben, geregen door sterke magnetische velden, naast een snel ronddraaiend zwart gat. Quasars met zwakkere corona's van zwarte gaten en zwakkere magnetische velden hebben minder krachtige of niet-bestaande jets, ongeacht of hun superzware zwarte gaten snel ronddraaien.

"Zowel de krachtige jets van een quasar als de heldere corona die samen voorkomen, kunnen fundamenteel worden aangedreven door magnetische velden, " zei Zhu.

Sterkere magnetische velden kunnen het gevolg zijn van een dikkere schijf die wordt veroorzaakt door een hogere mate van materie die in het zwarte gat valt.

Deze resultaten zijn vergelijkbaar met die gevonden voor stellaire zwarte gaten, die minder dan honderd keer de massa van de zon wegen, vergeleken met superzware zwarte gaten die miljoenen of miljarden keren de massa van de zon wegen. Dit ondersteunt het idee dat deze twee verschillende klassen van zwarte gaten qua gedrag vergelijkbaar kunnen zijn, ondanks hun zeer verschillende afmetingen.

Het monster van het team bestaat uit 729 quasars met jets. Chandra, XMM-Newton, en ROSAT-gegevens werden gebruikt voor 212, 278, en 239 quasars respectievelijk. De grootte en kwaliteit van het monster van het team verklaren waarom ze de oorzaak van de röntgenstraling hebben kunnen achterhalen.