Een internationale samenwerking met meer dan 200 wetenschappers uit 13 landen heeft aangetoond dat de zeer energierijke gammastraling van quasars, sterrenstelsels met een zeer energetische kern, zijn niet geconcentreerd in de regio dicht bij hun centrale zwarte gat, maar eigenlijk, strekken zich uit over enkele duizenden lichtjaren langs plasmastralen. Deze ontdekking schudt de huidige scenario's voor het gedrag van dergelijke plasmastralen door elkaar. Het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op 18 juni, 2020, werd uitgevoerd als onderdeel van de H.E.S.S-samenwerking, waarbij met name de CNRS en CEA in Frankrijk betrokken zijn, en de Max Planck-vereniging en een groep onderzoeksinstellingen en universiteiten in Duitsland.

De afgelopen jaren is wetenschappers hebben het universum waargenomen met behulp van gammastraling, die zeer energierijke fotonen zijn. Gamma stralen, tussen de kosmische stralen die de aarde voortdurend bombarderen, afkomstig zijn uit gebieden van het universum waar deeltjes worden versneld tot enorme energieën die onbereikbaar zijn in door mensen gebouwde versnellers. Gammastraling wordt uitgezonden door een groot aantal kosmische objecten zoals quasars, die actieve sterrenstelsels zijn met een zeer energetische kern.

De intensiteit van de straling die door deze systemen wordt uitgezonden, kan variëren over zeer korte tijdschalen van maximaal één minuut. Wetenschappers geloofden daarom dat de bron van deze straling erg klein was en zich in de buurt van een superzwaar zwart gat bevond, die een massa kan hebben van enkele miljarden keren die van de zon. Men denkt dat het zwarte gat de materie opslokt die erin spiraliseert en een klein deel ervan uitwerpt in de vorm van grote plasmastralen met relativistische snelheden, dicht bij de lichtsnelheid, en draagt ​​zo bij aan de herverdeling van materie door het heelal.

Het gebruik van de H.E.S.S. observatorium in Namibië, een internationale samenwerking op het gebied van astrofysica observeerde een radiostelsel (een sterrenstelsel dat zeer lichtgevend is wanneer het wordt waargenomen op radiogolflengten) gedurende meer dan 200 uur met een ongeëvenaarde resolutie. Als het dichtstbijzijnde radiostelsel bij de aarde, Centaurus A is gunstig voor wetenschappers voor een dergelijk onderzoek, waardoor ze het gebied kunnen identificeren dat de zeer energierijke straling uitzendt terwijl ze het traject van de plasmastralen bestuderen. Ze konden aantonen dat de gammastralingsbron zich over een afstand van enkele duizenden lichtjaren uitstrekt.

Deze uitgebreide emissie geeft aan dat deeltjesversnelling niet alleen in de buurt van het zwarte gat plaatsvindt, maar ook over de gehele lengte van de plasmajets. Op basis van deze nieuwe resultaten, nu wordt aangenomen dat de deeltjes opnieuw worden versneld door stochastische processen langs de straal. De ontdekking suggereert dat veel radiosterrenstelsels met uitgebreide jets elektronen versnellen tot extreme energieën en gammastraling kunnen uitzenden, mogelijk een verklaring voor de oorsprong van een aanzienlijk deel van de diffuse extragalactische gamma-achtergrondstraling.

Deze bevindingen bieden belangrijke nieuwe inzichten in kosmische gammastralingstralers, en in het bijzonder over de rol van radiosterrenstelsels als zeer efficiënte relativistische elektronenversnellers. Door hun grote aantal, het lijkt erop dat radiosterrenstelsels samen een zeer belangrijke bijdrage leveren aan de herverdeling van energie in het intergalactische medium. De resultaten van deze studie vereisten uitgebreide observaties en geoptimaliseerde analysetechnieken met H.E.S.S., het meest gevoelige gammastralingsobservatorium tot nu toe. Telescopen van de volgende generatie (Cherenkov Telescope Array, of CTA) zou het mogelijk moeten maken om dit fenomeen nog gedetailleerder te observeren.