Superzware zwarte gaten, die op de loer liggen in het hart van de meeste sterrenstelsels, worden vaak beschreven als "beesten" of "monsters". Maar ondanks dit, ze zijn zo goed als onzichtbaar. Om te laten zien dat ze er überhaupt zijn, astronomen moeten doorgaans de snelheid meten van de gaswolken die om die regio's cirkelen.

Maar deze objecten kunnen soms hun aanwezigheid laten voelen door het creëren van krachtige jets, die zoveel energie bevatten dat ze in staat zijn om al het licht dat door de sterren van het gaststelsel wordt uitgestraald, te overtreffen. We weten dat deze "relativistische jets" twee stromen plasma zijn (materie die bestaat uit elektrisch geladen deeltjes ondanks dat ze geen totale lading hebben), in tegengestelde richting reizen met snelheden die zeer dicht bij de lichtsnelheid liggen.

De fysica die deze kosmische fonteinen bestuurt, echter, is lang een beetje een mysterie geweest. Nu onze nieuwe krant, gepubliceerd in Natuurastronomie , heeft enig licht geworpen op de oorzaken van hun buitengewone verschijning.

Wat relativistische jets uitzonderlijk maakt, is hun indrukwekkende stabiliteit:ze komen tevoorschijn uit een gebied zo groot als de waarnemingshorizon (het punt waar geen terugkeer mogelijk is) van het superzware zwarte gat en planten zich ver genoeg voort om uit hun gastmelkwegstelsel te breken, terwijl ze hun vorm een ​​jaar lang behouden. lange tijd. Dit komt overeen met een lengte die een miljard keer hun oorspronkelijke straal is - om dit in perspectief te plaatsen, stel je voor dat een waterfontein uit een 1 cm brede tuinslang komt en 10 minuten ongestoord blijft, 000km.

Zodra de jets zich op grote afstand van hun oorsprong voortplanten, Hoewel, ze verliezen hun samenhang en ontwikkelen uitgebreide structuren die vaak op pluimen of lobben lijken. Dit geeft aan dat de jets een soort van instabiliteit ondergaan, sterk genoeg om hun uiterlijk volledig te veranderen.

Een jet-dichotomie

De eerste astrofysische jet werd in 1918 ontdekt door de Amerikaanse astronoom Heber Curtis, die "een merkwaardige rechte straal … schijnbaar verbonden met de kern door een dunne lijn van materie" opmerkte in het gigantische elliptische sterrenstelsel M 87.

In de jaren zeventig, twee astronomen aan de Universiteit van Cambridge, Bernie Fanaroff en Julia Riley, bestudeerde een groot ensemble van jets. Ze ontdekten dat ze in twee klassen konden worden opgesplitst:die met jets waarvan de helderheid afneemt met de afstand tot hun oorsprong, en degenen die helderder worden aan hun randen. Algemeen, het laatste type is ongeveer 100 keer meer lichtgevend dan het eerste. Ze hebben allebei een iets andere vorm aan het einde - de eerste is als een opflakkerende pluim en de tweede lijkt op een dunne turbulente stroom. Precies waarom er twee verschillende soorten jets zijn, wordt nog steeds actief onderzocht.

Als jetmateriaal wordt versneld door het zwarte gat, het bereikt snelheden tot 99,9% van de lichtsnelheid. Als een object zo snel beweegt, de tijd neemt toe - met andere woorden, de stroom van tijd bij de jet, gemeten door een externe waarnemer vertraagt ​​zoals voorspeld door de speciale relativiteitstheorie van Einstein. Daarom, het duurt langer voordat de verschillende delen van de jet met elkaar communiceren - zoals in interactie of elkaar beïnvloeden - terwijl ze weg van hun bron reizen. Dit, effectief, beschermt de jet tegen verstoring.

Echter, dit verlies van communicatie duurt niet eeuwig. Wanneer de jet uit het zwarte gat wordt geworpen, het breidt zijwaarts uit. Door deze uitzetting daalt de druk in de jet, terwijl de druk van het gas rond de straal niet zo veel afneemt. Eventueel, de externe gasdruk haalt de druk in de jet in en zorgt ervoor dat de stroom samentrekt door erin te knijpen. Op dit punt, de delen van de jet komen zo dichtbij dat ze weer kunnen communiceren. Als sommige delen van de jet in de tussentijd onstabiel zijn geworden, ze kunnen nu deze informatie uitwisselen en instabiliteiten kunnen zich verspreiden om de hele bundel te beïnvloeden.

Het proces van uitzetten en samentrekken van de jets heeft nog een ander belangrijk gevolg:de stroming verloopt niet langer langs rechte lijnen maar over gekromde banen. Gebogen stromen hebben waarschijnlijk te lijden van "centrifugale instabiliteit", wat betekent dat ze draaikolkachtige structuren beginnen te creëren die wervelingen worden genoemd. Dit werd tot voor kort niet als kritiek beschouwd voor astrofysische jets.

Inderdaad, onze gedetailleerde computersimulaties laten zien dat relativistische jets onstabiel worden vanwege de centrifugale instabiliteit, die aanvankelijk alleen hun interface met het galactische gas beïnvloedt. Maar als ze eenmaal zijn samengetrokken vanwege externe druk, deze instabiliteit verspreidt zich door de hele jet. De instabiliteit is zo catastrofaal dat de straal voorbij dit punt niet overleeft en plaats maakt voor een turbulente pluim.

Als we dit resultaat in perspectief plaatsen, krijgen we een beter inzicht in de indrukwekkende stabiliteit van astrofysische jets. Het kan ook helpen bij het verklaren van de raadselachtige twee klassen jets die zijn ontdekt door Fanaroff en Riley - het hangt allemaal af van hoe ver een jet van zijn melkweg verwijderd wordt. We hebben computersimulaties gemaakt van hoe deze jets eruit zouden zien op basis van ons nieuwe begrip van de fysica van deze kosmische stralen, en ze lijken erg op de twee klassen die we in astronomische waarnemingen zien.

Er valt nog veel meer te leren over de gigantische, wilde beesten die in het centrum van sterrenstelsels wonen. Maar beetje bij beetje, we ontrafelen hun mysterie en laten zien dat ze inderdaad perfect gezagsgetrouw en voorspelbaar zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.