Op een miljard lichtjaar van de aarde ligt een van de meest massieve structuren van het universum, een gigantisch elliptisch sterrenstelsel omringd door een uitgestrekte cluster van andere sterrenstelsels die bekend staat als Abell 2597. In de kern van het centrale sterrenstelsel, een superzwaar zwart gat drijft het kosmische equivalent van een monumentale fontein aan, enorme voorraden koud moleculair gas aan te trekken en ze in een doorlopende cyclus weer naar buiten te spuiten.

Astronomen hebben lang getheoretiseerd dat fonteinen zoals deze voortdurend de stervormende brandstof van een melkwegstelsel recirculeren. Nieuwe Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-waarnemingen van Abell 2597 tonen het eerste duidelijke en overtuigende bewijs voor de gelijktijdige in- en uitstroom van gas aangedreven door een superzwaar zwart gat. De onderzoekers rapporteren hun observaties in het laatste nummer van de Astrofysisch tijdschrift .

"Het superzware zwarte gat in het centrum van dit gigantische sterrenstelsel werkt als een mechanische 'pomp' in een waterfontein, " zei Grant Tremblay, een astrofysicus aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, en hoofdauteur op het papier. "Dit is een van de eerste systemen waarin we duidelijk bewijs vinden voor zowel de instroom van koud moleculair gas naar het zwarte gat als de uitstroom of opstijging van de jets die het zwarte gat lanceert."

Volgens de onderzoekers is dit hele systeem werkt via een zelfregulerende feedbacklus. Het invallende materiaal levert kracht voor de fontein terwijl deze naar het centrale zwarte gat "afvoert", als water dat de pomp van een fontein binnenkomt. Dit invallende gas zorgt er vervolgens voor dat het zwarte gat ontbrandt met activiteit, het lanceren van hogesnelheidsstralen van oververhit materiaal die uit de melkweg schieten. Terwijl het reist, dit materiaal duwt klonten en streamers van gas de uitgestrekte halo van de melkweg in, waar het uiteindelijk weer regent op het zwarte gat, het hele proces opnieuw in gang zetten.

In totaal, ongeveer drie miljard zonnemassa's moleculair gas maakt deel uit van deze fontein, een draadnevel vormend die de binnenste 100 omspant, 000 lichtjaar van de melkweg.

In een eerdere studie van dezelfde auteurs, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, de onderzoekers waren in staat om de onderlinge verbinding tussen het zwarte gat en de galactische fontein te verifiëren door het gebied over een reeks golflengten te observeren, of delen van het spectrum. Door de locatie en beweging van moleculen van koolmonoxide (CO) met ALMA te bestuderen, die helder schijnen in licht van een millimetergolflengte, de onderzoekers konden de beweging van het gas meten terwijl het in de richting van het zwarte gat valt.

Eerdere gegevens van de Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van ESO's Very Large Telescope (VLT) onthulden warme, geïoniseerd gas dat uit de melkweg wordt verdreven - in wezen de pluim van de fontein. De nieuwe ALMA-waarnemingen vonden klompjes koude, moleculair gas op precies dezelfde locaties als het warme gas dat in de eerdere waarnemingen werd gezien.

"Het unieke hieraan is een zeer gedetailleerde gekoppelde analyse van de bron met behulp van gegevens van ALMA en het MUSE-instrument. De twee faciliteiten vormen een ongelooflijk krachtige combinatie, " zei Tremblay. "ALMA onthulde de verdeling en bewegingen van de koude moleculaire gaswolken, en MUSE deed hetzelfde voor het warme geïoniseerde gas."

De ALMA- en MUSE-gegevens werden gecombineerd met een nieuwe, ultradiepe observatie van de cluster door NASA's Chandra X-ray Observatory, het onthullen van de hete fase van deze fontein in prachtige details, merkten de onderzoekers op.

De waarnemingen ondersteunen ook zeer overtuigend de hypothese dat de warme geïoniseerde en koude moleculaire nevels één-in-de-zelfde zijn, waarbij het warme geïoniseerde gas slechts de "schil" is rond de koude moleculaire kernen die ronddraaien in deze fontein op melkwegschaal.

Deze multigolflengtebenadering biedt een ongewoon compleet beeld van dit systeem. "Het is alsof je de regenwolk observeert, regenen, en plas tegelijk, " merkte Tremblay op. Hoewel dit slechts één waarneming is van één sterrenstelsel, de astronomen speculeren dat ze een proces waarnemen dat gebruikelijk is in sterrenstelsels en fundamenteel is voor hun evolutie.