Gasuitstroom is een veelvoorkomend kenmerk van actieve superzware zwarte gaten die zich in het centrum van grote sterrenstelsels bevinden. Miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon, deze zwarte gaten voeden zich met de grote gasschijven die om hen heen wervelen. Af en toe eten de zwarte gaten te veel en laten ze een ultrasnelle wind uitstoten, of uitstroom. Deze winden kunnen een sterke invloed hebben op het reguleren van de groei van het gaststelsel door het omringende gas weg te ruimen en stervorming te onderdrukken.

Wetenschappers hebben nu de meest gedetailleerde waarneming tot nu toe gedaan van een dergelijke uitstroom, afkomstig van een actief sterrenstelsel genaamd IRAS 13224-3809. De temperatuur van de uitstroom veranderde op tijdschalen van minder dan een uur, die honderden keren sneller is dan ooit tevoren. De snelle schommelingen in de temperatuur van de uitstroom gaven aan dat de uitstroom reageerde op röntgenstraling van de accretieschijf, een dichte zone van gas en andere materialen die het zwarte gat omringt.

De nieuwe waarnemingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op 2 maart, 2017.

"Hoewel we deze uitstroom eerder hebben gezien, deze waarneming was de eerste keer dat we konden zien dat de lancering van de gassen verband hield met veranderingen in de helderheid van zwarte gaten, " zei Erin Kara, een postdoctoraal onderzoeker in de astronomie aan de Universiteit van Maryland en een co-auteur van de studie.

Wetenschappers hebben deze metingen gedaan met behulp van twee ruimtetelescopen, NASA's NuSTAR-telescoop (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) en XMM-Newton van de European Space Agency (ESA). Om de variabiliteit van deze signalen vast te leggen, wetenschappers richtten de XMM-Newton 17 dagen achter elkaar op het zwarte gat, en observeerde het zwarte gat zes dagen met NuSTAR.

Om de temperaturen van deze winden te meten, wetenschappers bestudeerden röntgenstralen afkomstig van de rand van het zwarte gat. Terwijl ze naar de aarde reizen, deze röntgenstralen gaan door de uitstroom. Elementen zoals ijzer of magnesium die aanwezig zijn in de uitstroom kunnen specifieke delen van het röntgenspectrum absorberen, het creëren van kenmerkende "dips" in het röntgensignaal. Door deze dips te observeren, absorptiekenmerken genoemd, astronomen kunnen leren welke elementen in de wind bestaan.

Het team merkte op dat de absorptiekenmerken binnen een paar uur verdwenen en weer verschenen. De onderzoekers concludeerden dat de röntgenstralen de wind opwarmden tot miljoenen graden Celsius, op welk punt de wind niet meer in staat was om nog meer röntgenstralen te absorberen.

De waarnemingen dat de uitstroom verband lijkt te houden met röntgenstralen, en dat beide zo sterk variabel zijn, mogelijke aanwijzingen geven om te lokaliseren waar de röntgenstralen en uitstroom precies vandaan komen.

"De uitstralende gasstromen naar zwarte gaten zijn het meest variabel in hun centra, "Zei Kara. "Omdat we zo'n snelle variabiliteit in de wind zagen, we weten dat de emissie van heel dicht bij het zwarte gat zelf komt, en omdat we zagen dat de wind ook op snelle tijdschalen veranderde, het moet ook van heel dicht bij het zwarte gat komen."

Om de vorming van sterrenstelsels en zwarte gaten verder te bestuderen, Chris Reynolds, een professor in de astronomie aan de UMD en een co-PI op het project, merkte op dat er behoefte is aan meer gedetailleerde gegevens en observaties.

"We moeten dit zwarte gat observeren met betere en meer spectrometers, zodat we meer details kunnen krijgen over deze uitstromen, " zei Reynolds. "Bijvoorbeeld, we weten niet of de uitstroom bestaat uit één of meerdere platen gas. En we moeten naast röntgenstraling op meerdere banden observeren - dat zou ons in staat stellen moleculaire gassen te detecteren, en koudere gassen, die kunnen worden aangedreven door deze hoge energie-uitstromen. Al die informatie zal cruciaal zijn om te begrijpen hoe deze uitstromen verband houden met de vorming van sterrenstelsels."