Als algemene vuistregel geldt als er zich ergens diep in de ruimte een raadselachtig fenomeen voordoet, een zwart gat is vaak de boosdoener erachter.

Dit is volgens postdoctoraal onderzoeker Vaidehi Paliya van de afdeling natuurkunde en sterrenkunde, wiens publicatie in januari 2018 in De astrofysische journaalbrieven beschrijft de ontdekking van zeven sterrenstelsels die mogelijk zouden kunnen opschudden wat astrofysici dachten te weten over hoe de grootte van een sterrenstelsel - en het zwarte gat in het centrum - het gedrag ervan kan beïnvloeden.

Er wordt algemeen aangenomen dat alleen massieve sterrenstelsels genoeg energie bevatten om blazars te worden, dat zijn verbazingwekkende stralen van straling die krachtig genoeg zijn om duizenden lichtjaren uit te rekken. Maar het laatste onderzoek van Paliya zou erop kunnen wijzen dat kleinere sterrenstelsels dit ook kunnen, als de omstandigheden goed zijn.

Er zijn drie hoofdtypen sterrenstelsels:ovale elliptische stelsels, schijfachtige spiralen en onregelmatigheden die niet helemaal passen in een van de vorige klassen.

"Elliptische sterrenstelsels zijn de oudste, meest massieve sterrenstelsels in het heelal, Paliya zei. "Mensen stellen voor dat elliptische sterrenstelsels ontstaan ​​wanneer twee kleinere sterrenstelsels botsen, samensmelten tot één grote elliptische trainer. Typisch, elliptische toestellen blijken een zwart gat te herbergen dat meer dan een miljard keer de massa van onze zon is."

Door hun inherente, onontkoombare zwaartekracht, zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels zullen groter worden door de omringende materie naar binnen te trekken en op te eten via een proces dat accretie wordt genoemd.

"Het is alsof je water in de gootsteen giet, je ziet dat het een spiraal vormt, dan gaat het naar beneden. Op een soortgelijke manier, materie vormt een accretieschijf rond het zwarte gat, "Zei Paliya. "Het zwarte gat groeit dan snel en wordt een monster."

Maar wanneer de accretieschijf rond het zwarte gat extreme uitbarstingen van energie begint uit te zenden - in radio, infrarood- of röntgenbanden - van het sterrenstelsel wordt gezegd dat het "actief, " de deur openen naar een andere classificatie van sterrenstelsels die verder gaat dan vorm.

"Blazars zijn één type actief sterrenstelsel, " zei Marco Ajello, een professor in natuurkunde en sterrenkunde en adviseur van Paliya. "Dit zijn sterrenstelsels met een superzwaar zwart gat, en dit zwarte gat is - op de een of andere manier - in staat deeltjes te versnellen tot bijna de lichtsnelheid en ze gecollimeerd te houden in smalle bundels, straaljagers genoemd, die zeer heldere lichtbronnen worden als ze naar ons wijzen."

Deze jets zijn enkele van de meest extreme bronnen van gammastraling in de ruimte.

"Deze blazars hebben jets die op fonteinen lijken. Als je een enorme fontein wilde, je zou een zeer krachtige motor aan de basis moeten hebben. Blazars moeten zeer massieve zwarte gaten in hun centrum hebben om jets te kunnen lanceren, "Zei Paliya. "Over het algemeen, we verwachten deze krachtige jets niet van kleine bronnen, zoals onze melkweg."

De Melkweg is een spiraalstelsel met windmolenachtige armen bestaande uit gas en stof die een helder centrum van oudere sterren bevatten. Typisch, spiraalstelsels zijn minder massief en veel minder actief dan hun elliptische tegenhangers.

Toen de Fermi Gamma-Ray Ruimtetelescoop, gelanceerd in 2008 door NASA, gedetecteerde emissie van gammastraling van vier spiraalvormige sterrenstelsels in het eerste jaar van hun baan, natuurkundigen stonden perplex.

"Het was onverwacht - we hebben alleen dat soort gammastraling van blazars gezien, " zei Dieter Hartmann, een professor in de natuurkunde en astronomie en co-auteur van de studie. "Toen deze vier bronnen werden ontdekt, mensen speculeerden dat ze blazars zouden kunnen zijn. Maar omdat er zo weinig bronnen waren, niemand was er zeker van. Toen werd de vraag:zijn dit echt een nieuw type bron, of zijn het slechts uitzonderingen op de standaard?"

De vraag bleef in de lucht hangen, totdat Paliya's medewerkers in India in 2017 een catalogus van actieve spiraalstelsels uitbrachten. Bekend als Seyfert-stelsels, dit is een ander type actief sterrenstelsel met zwarte gaten met een relatief lage massa in hun centra. Echter, in plaats van gewelddadige uitbarstingen van gammastraling uit te zenden, zoals blazers, Seyfert-sterrenstelsels staan ​​bekend om hun sterke ultraviolette emissies.

De catalogus bood de eerste kans voor astrofysici om de kwestie van de ontdekking van de Fermi-telescoop in 2008 aan te pakken. Is het mogelijk voor een spiraalstelsel om jetted gammastraling uit te zenden?

"Ik nam deze catalogus van 11, 101 Seyfert-sterrenstelsels, en ik heb ze in de gammastraalband bestudeerd met behulp van de gegevens van de Large Area Telescope aan boord van Fermi-satelliet, ' zei Paliya. 'Daaruit, Ik heb vier nieuwe bronnen van gammastraling gevonden en drie die eerder bekend stonden als blazars, maar we denken dat het eigenlijk Seyfert-sterrenstelsels zijn."

Deze doorbraak is een indicatie dat zelfs kleinere bronnen in staat zijn om krachtige gammastraalstralen te lanceren - een mogelijke paradigmaverschuiving op het gebied van astrofysica.

"Als de straal vergelijkbaar is met die van blazars, maar zijn zwarte gat is klein, je kunt het je voorstellen als een auto. Stel dat een kleinere auto dezelfde snelheid rijdt als een andere auto met een veel grotere motor. De motor in de kleinere auto zou dan veel zuiniger moeten zijn, "Zei Ajello. "Dus, het kan zijn dat het zwarte gat efficiënter werkt in kleinere, spiraalsystemen dan in grotere objecten zoals blazars."

Om de elliptische/spiraalvormige aard van de gaststerrenstelsels van deze zeven door gammastraling gedetecteerde bronnen te begrijpen, Ajello en Paliya willen diepe beelden maken met de hoogste resolutie - een uitdaging voor optische telescopen op de grond vanwege de vervagingseffecten van de atmosfeer.

"Het lichtverzamelende vermogen van een telescoop is evenredig met het kwadraat van zijn diameter. Dit betekent dat bij grotere telescopen, we kunnen veel meer fotonen verzamelen. Meer fotonen betekent meer informatie, ' zei Paliya.

De Gran Telescopio Canarias, of de "Grote Canarische Telescoop, " is een reflecterende telescoop van 10,4 meter die in 2007 begon met het verzamelen van waarnemingen. " de Gran Telescopio Canarias zal naar verwachting in het volgende decennium worden overtroffen met de onthulling van de Thirty Meter Telescope (TMT). TMT zal een primaire spiegel van 30 meter hebben en zal onderzoekers in staat stellen de ruimte met ongekende helderheid te zien - minstens 10 keer beter dan de Hubble-ruimtetelescoop.

Ajello en Paliya zijn van plan de Hubble-ruimtetelescoop te gebruiken, en mogelijk opkomende faciliteiten zoals TMT, om verder te kijken dan de heldere centra van de zeven bronnen die ze ontdekten om met zekerheid te onderscheiden of de sterrenstelsels elliptisch of spiraalvormig zijn.

"Als het een elliptische trainer is, dan is het waar dat we gewoon naar een normale blazar kijken. Het is waarschijnlijk een kleinere elliptische en een kleiner zwart gat, " zei Ajello. "Maar als het een spiraal is, dan kunnen de jets plaatsvinden in elke omgeving die een zwart gat is, binnen een aantal nieuwe omstandigheden."

"Het is van groot belang om de omgevingen van superzware zwarte gaten die in staat zijn om jets te lanceren waarin deeltjesversnelling plaatsvindt onder extreme astrofysische omstandigheden, beter te begrijpen. ’ voegde Hartmann eraan toe.

Paliya is ook van plan te onderzoeken of de waargenomen verschillen in gammastraling zich vertalen over het elektromagnetische spectrum.

"Dit gaat allemaal over optica, " zei Paliya. "Hoe gedragen blazars zich bij, zeggen, radio frequenties? Vervolgens, hoe verhouden deze Seyferts zich? Deze ontdekking heeft aangetoond dat ja, er is iets anders aan de hand."

De onderzoekers zeiden dat ontdekkingen zoals deze belangrijk zijn om ons te helpen de evolutie van het universum te begrijpen. Deze ontdekkingen kunnen enkele van de ontbrekende stukjes van de puzzel vertegenwoordigen van hoe sterrenstelsels en zwarte gaten door de geschiedenis heen naar elkaar toe zijn gegroeid.