Een internationaal team van onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit van Bologna en het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica (INAF), voor het eerst de evolutie waargenomen van warm gas afkomstig van een actief zwart gat. Ze waren in staat om naar deze structuren te kijken, die sterk doen denken aan de rookstromen van vulkaanuitbarstingen, met ongekende details en op een tijdschaal van honderd miljoen jaar.

hun studie, gepubliceerd in Natuurastronomie , gericht op het Nest200047-systeem - een groep van ongeveer 20 sterrenstelsels op ongeveer 200 miljoen lichtjaar afstand. Het centrale sterrenstelsel van dit systeem herbergt een actief zwart gat waarrond onderzoekers vele paren gasbellen van verschillende leeftijd hebben waargenomen, enkele onbekende filamenten van magnetische velden, en relativistische deeltjes in de speciale relativiteitstheorie zo groot als honderdduizenden lichtjaren.

Deze waarnemingen waren mogelijk dankzij LOFAR (LOw Frequency ARray), de grootste laagfrequente radiotelescoop ter wereld. LOFAR kan straling onderscheppen die wordt geproduceerd door de oudste elektronen die momenteel detecteerbaar zijn. Deze ultramoderne tool is het resultaat van de grote inspanningen van negen Europese landen en stelde onderzoekers in staat om "terug in de tijd" te gaan naar meer dan 100 miljoen jaar geleden en de activiteit van het zwarte gat in het centrum van Nest200047 na te gaan.

"Ons onderzoek laat zien hoe deze door het zwarte gat versnelde gasbellen zich in de tijd uitbreiden en transformeren. ze creëren spectaculaire paddestoelvormige structuren, ringen en filamenten die vergelijkbaar zijn met die afkomstig zijn van een krachtige vulkaanuitbarsting op planeet Aarde, " zegt Marisa Brienza, de eerste auteur van deze studie en een onderzoeker aan de afdeling Natuur- en Sterrenkunde "Augusto Righi" van de Universiteit van Bologna en lid van INAF.

Bellen gemaakt van deeltjes

In de kern van elk sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat. De activiteit van het zwarte gat heeft een cruciale invloed op de evolutie van het melkwegstelsel en de intergalactische omgeving waarin het zich bevindt. Al jaren proberen onderzoekers erachter te komen hoe en in welke mate de werking van deze zwarte gaten die effecten veroorzaakt.

Wanneer actief, zwarte gaten consumeren alles om hen heen en, in dat proces, ze geven enorme hoeveelheden energie vrij. Soms komt deze energie in de vorm van deeltjesstromen die met bijna de lichtsnelheid bewegen en radiogolven produceren. Beurtelings, deze stromen genereren bellen van deeltjes en magnetische velden die, door een proces van expansie, kunnen het intergalactische medium dat hen omringt verwarmen en verplaatsen. Dit heeft een enorme invloed op de evolutie van het intergalactische medium zelf en, als gevolg, op stervormingssnelheden.

Deze studie stelt voor dat actieve zwarte gaten effecten hebben op schalen die tot 100 keer groter zijn dan het sterrenstelsel waar het zich bevindt en dat die impact tot honderden miljoenen jaren aanhoudt.

"LOFAR gaf ons een uniek beeld van de activiteit van zwarte gaten en hun effecten op hun omgeving, " legt Annalisa Bonafede uit, een van de auteurs van de studie en een professor aan de Universiteit van Bologna, evenals INAF-lid. "Onze waarnemingen van Nest200047 laten cruciaal zien hoe magnetische velden en de zeer oude deeltjes die worden versneld door zwarte gaten en bijgevolg ouder worden, een centrale rol spelen bij het overbrengen van energie naar de buitenste regionen van groepen sterrenstelsels."

Voor deze studie is onderzoekers maakten ook gebruik van waarnemingen in de röntgenband die werden verkregen met behulp van de eROSITA-telescoop aan boord van het SRG-ruimteobservatorium. Dankzij röntgengegevens konden onderzoekers de kenmerken van het intergalactische medium rondom de radio-emitterende gasbellen beter bestuderen.

Gasfilamenten

Deze waarnemingen leidden tot andere onverwachte ontdekkingen:dunne gasfilamenten van wel een miljoen lichtjaar gemaakt van deeltjes die met ongeveer de snelheid van het licht bewegen.

Volgens de onderzoekers is deze filamenten zijn de overblijfselen van de bellen die het zwarte gat Nest200047 honderden miljoenen jaren geleden produceerde en die nu uiteenspatten en zich vermengen met het intergalactische medium. Er wordt aangenomen dat het bestuderen van deze structuren zal leiden tot het ontdekken van nieuwe en belangrijke informatie over de fysieke kenmerken van de intergalactische materie en het fysieke mechanisme dat de energieoverdracht tussen de bellen en de buitenomgeving regelt.

"In de toekomst, we zullen de effecten van zwarte gaten op sterrenstelsels en het intergalactische medium steeds gedetailleerder kunnen bestuderen. Eventueel, we zullen de aard van de filamenten die we hebben ontdekt kunnen onthullen dankzij de hoekresolutie van LOFAR in combinatie met de gegevens van internationale LOFAR-stations, " voegt Gianfranco Brunetti toe, co-auteur van deze studie, evenals een astrofysicus bij de INAF Bologna en Italiaanse coördinator van het LOFAR-consortium.

telescopen

LOFAR wordt beheerd door ASTRON, het Nederlands Instituut voor Radioastronomie, en is samengesteld uit duizenden antennes die worden gehost door 51 radiostations verspreid over verschillende Europese landen. LOFAR kan de laagste frequenties van radiogolven op aarde onderscheppen (tussen 10 en 240 mega-Hertz). Het National Astrophysics Institute (INAF) is het hoofd van het Italiaanse team van LOFAR en draagt ​​bij aan de ontwikkeling van een nieuwe generatie elektronische apparaten voor de telescoop en van de software die de werking ervan regelt.

Het SRG-ruimtevaartuig is ontworpen door de Lavochkin Association, als onderdeel van het Roskosmos-bedrijf en gelanceerd op 13 juli, 2019 met een Proton-draagraket van de Baikonoer-kosmodrome. Het SRG-observatorium werd gebouwd met de deelname van het Duitse ruimtevaartcentrum (DLR) in het kader van het Russische federale ruimteprogramma op initiatief van de Russische Academie van Wetenschappen, vertegenwoordigd door het ruimteonderzoeksinstituut (IKI). De eROSITA-telescoop werd gebouwd onder leiding van het Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) en DLR. Het SRG-ruimtevaartuig wordt beheerd door de Lavochkin Association en Deep Space Network Antennae in Bear Lakes, Oessurijsk, en Baykonur gefinancierd door Roskosmos.

Deze studie is getiteld "Een momentopname van de oudste AGN-feedbackfasen" en is gepubliceerd in Natuurastronomie . Het is het resultaat van een gezamenlijke inspanning van experts op het gebied van radio, optische en röntgenastronomie van:Università di Bologna, INAF-IRA, INAF-OAT, INAF-IASF, ASTRON, Leidse Sterrewacht, Hamburger Sternwarte, Kazan Federale Universiteit, Academie van Wetenschappen van Tatarstan, Ruimteonderzoeksinstituut (IKI), Max Planck Instituut voor Astrofysica, Universiteit van Hertfordshire, DIAS, SRON, Universiteit van Tokio, Observatoire de Paris (GEPI, USN), Universiteit van Rhodos.