Sterrenstelsels, waaronder onze Melkweg, herbergen superzware zwarte gaten in hun centra, en hun massa's zijn miljoenen tot miljarden keren groter dan de zon. Sommige superzware zwarte gaten lanceren snel bewegende plasma-uitstromen die sterke radiosignalen uitzenden, ook wel radiojets genoemd.

Radiojets werden voor het eerst ontdekt in de jaren zeventig. Maar er is nog veel onbekend over hoe ze worden geproduceerd, met name hun energiebron en plasmalaadmechanisme.

Onlangs heeft de Event Horizon Telescope Collaboration radiobeelden blootgelegd van een nabijgelegen zwart gat in het centrum van het gigantische elliptische sterrenstelsel M87. De waarneming ondersteunde de theorie dat de spin van het zwarte gat radiojets aandrijft, maar deed weinig om het plasmalaadmechanisme te verduidelijken.

Nu heeft een onderzoeksteam, geleid door astrofysici van Tohoku University, een veelbelovend scenario voorgesteld dat het plasmalaadmechanisme in radiojets verduidelijkt.

Recente studies hebben beweerd dat zwarte gaten sterk gemagnetiseerd zijn omdat gemagnetiseerd plasma in sterrenstelsels magnetische velden in het zwarte gat draagt. Dan geeft naburige magnetische energie tijdelijk haar energie af via magnetische herverbinding, waardoor het plasma rond het zwarte gat wordt bekrachtigd. Deze magnetische herverbinding levert de energiebron voor zonnevlammen.

Plasma's in zonnevlammen geven ultraviolette en röntgenstraling af; terwijl de magnetische herverbinding rond het zwarte gat gammastraling kan veroorzaken, aangezien de vrijgekomen energie per plasmadeeltje veel hoger is dan die voor een zonnevlam.

Het huidige scenario stelt voor dat de uitgezonden gammastralen met elkaar interageren en overvloedige elektron-positronparen produceren, die in de radiojets worden geladen.

Dit verklaart de grote hoeveelheid plasma die is waargenomen in radiojets, in overeenstemming met de M87-waarnemingen. Bovendien merkt het scenario op dat de sterkte van het radiosignaal varieert van zwart gat tot zwart gat. Radiostralen rond Sgr A*, het superzware zwarte gat in onze Melkweg, zijn bijvoorbeeld te zwak en niet op te sporen door de huidige radiofaciliteiten.

Het scenario voorspelt ook de emissie van röntgenstraling op korte termijn wanneer plasma in radiojets wordt geladen. Deze röntgensignalen worden gemist met de huidige röntgendetectoren, maar ze zijn waarneembaar door geplande röntgendetectoren.

"In dit scenario zal toekomstige röntgenastronomie in staat zijn om het plasmalaadmechanisme te ontrafelen in radiojets, een al lang bestaand mysterie van zwarte gaten", zegt Shigeo Kimura, hoofdauteur van het onderzoek.

Details van het onderzoek van Kimura en zijn team zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters op 29 september 2022. + Verder verkennen

Draaiend zwart gat drijft jet aan door magnetische flux