Astronomen hebben een zwart gat gevangen dat heet materiaal de ruimte in slingert met bijna de snelheid van het licht. Deze opflakkering werd vastgelegd in een nieuwe film van NASA's Chandra X-ray Observatory.

Het zwarte gat en zijn begeleidende ster vormen een systeem genaamd MAXI J1820+070, gelegen in onze melkweg ongeveer 10, 000 lichtjaar van de aarde. Het zwarte gat in MAXI J1820+070 heeft een massa van ongeveer acht keer die van de zon, identificeren als een zogenaamd zwart gat met stellaire massa, gevormd door de vernietiging van een massieve ster. (Dit in tegenstelling tot superzware zwarte gaten die miljoenen of miljarden keren de massa van de zon bevatten.)

De begeleidende ster die om het zwarte gat draait, heeft ongeveer de helft van de massa van de zon. De sterke zwaartekracht van het zwarte gat trekt materiaal weg van de begeleidende ster in een röntgenstraling uitzendende schijf die het zwarte gat omringt.

Terwijl een deel van het hete gas in de schijf de "gebeurtenishorizon" (het punt van geen terugkeer) zal passeren en in het zwarte gat zal vallen, een deel ervan wordt in plaats daarvan weggeblazen van het zwarte gat in een paar korte bundels materiaal, of jets. Deze jets zijn in tegengestelde richtingen gericht, gelanceerd van buiten de waarnemingshorizon langs magnetische veldlijnen. De nieuwe beelden van het gedrag van dit zwarte gat zijn gebaseerd op vier waarnemingen die in november 2018 en februari met Chandra zijn gedaan. Kunnen, en juni 2019, en gerapporteerd in een paper onder leiding van Mathilde Espinasse van de Université de Paris.

Het hoofdpaneel van de afbeelding is een groot optisch en infraroodbeeld van het Melkwegstelsel van de PanSTARRS optische telescoop in Hawaï, met de locatie van MAXI J1820+070 boven het vlak van de melkweg gemarkeerd door een kruis. De inzet toont een film die de vier Chandra-observaties doorloopt, waarbij "dag 0" overeenkomt met de eerste waarneming op 13 november, 2018, ongeveer vier maanden na de lancering van de jet. MAXI J1820+070 is de heldere röntgenbron in het midden van het beeld en bronnen van röntgenstraling zijn te zien weg van het zwarte gat in stralen naar het noorden en zuiden. MAXI J1820+070 is een puntbron van röntgenstralen, hoewel het groter lijkt te zijn dan een puntbron omdat het veel helderder is dan de straalbronnen. De zuidelijke jet is te zwak om te worden gedetecteerd in de waarnemingen van mei en juni 2019.

Hoe snel bewegen de materiaalstralen zich van het zwarte gat af? Vanuit het perspectief van de aarde, het lijkt alsof de noordelijke jet met 60% van de lichtsnelheid beweegt, terwijl de zuidelijke reist met een onmogelijk klinkende 160% van de lichtsnelheid!

Dit is een voorbeeld van superluminale beweging, een fenomeen dat optreedt wanneer iets naar ons toe reist met de snelheid van het licht, in een richting dicht bij onze gezichtslijn. Dit betekent dat het object bijna net zo snel naar ons toe reist als het licht dat het genereert, de illusie geven dat de beweging van de jet sneller is dan de snelheid van het licht. In het geval van MAXI J1820+070, de zuidelijke jet wijst naar ons toe en de noordelijke jet wijst van ons af, dus de zuidelijke jet lijkt sneller te bewegen dan de noordelijke. De werkelijke snelheid van de deeltjes in beide jets is groter dan 80% van de lichtsnelheid.

Slechts twee andere voorbeelden van dergelijke snelle uitdrijvingen zijn waargenomen in röntgenstralen van zwarte gaten met stellaire massa.

MAXI J1820+070 is ook waargenomen op radiogolflengten door een team onder leiding van Joe Bright van de Universiteit van Oxford, die eerder de detectie van superluminale beweging van compacte bronnen meldde op basis van alleen radiogegevens die zich uitstrekten vanaf de lancering van de jets op 7 juli, 2018 tot eind 2018.

Omdat de Chandra-waarnemingen de tijdsduur dat de jets werden gevolgd ongeveer verdubbelden, een gecombineerde analyse van de radiogegevens en de nieuwe Chandra-gegevens door Espinasse en haar team gaf meer informatie over de jets. Dit omvatte bewijs dat de jets vertragen terwijl ze wegvliegen van het zwarte gat.

De meeste energie in de jets wordt niet omgezet in straling, maar komt in plaats daarvan vrij wanneer deeltjes in de jets interageren met omringend materiaal. Deze interacties kunnen de oorzaak zijn van de vertraging van de jets. Wanneer de jets botsen met omringend materiaal in de interstellaire ruimte, schokgolven - vergelijkbaar met de sonische knallen veroorzaakt door supersonische vliegtuigen - komen voor. Dit proces genereert deeltjesenergieën die hoger zijn dan die van de Large Hadron Collider.

De onderzoekers schatten dat er in deze twee jets die in juli 2018 werden gelanceerd ongeveer 400 miljoen miljard pond materiaal uit het zwarte gat werd weggeblazen. Deze hoeveelheid massa is vergelijkbaar met wat zich op de schijf rond het zwarte gat zou kunnen verzamelen in de ruimte van een paar uren, en is gelijk aan ongeveer duizend kometen van Halley of ongeveer 500 miljoen keer de massa van het Empire State Building.

Studies van MAXI J1820+070 en soortgelijke systemen beloven ons meer te leren over de jets die worden geproduceerd door zwarte gaten met stellaire massa en hoe ze hun energie vrijgeven zodra hun jets in wisselwerking staan ​​met hun omgeving.

Radiowaarnemingen uitgevoerd met de Karl G. Jansky Very Large Array en de MeerKAT-array werden ook gebruikt om de jets van de MAXI J1820+070 te bestuderen.

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, is gepubliceerd in de nieuwste editie van The Astrofysische journaalbrieven