Als resultaat van het bereiken van een groot dynamisch bereik voor beeldvorming, heeft een team van astronomen in Japan voor het eerst een zwakke radio-emissie ontdekt die een gigantisch sterrenstelsel bedekt met een energetisch zwart gat in het centrum. De radiostraling komt vrij uit gas dat direct door het centrale zwarte gat wordt gecreëerd. Het team verwacht te begrijpen hoe een zwart gat interageert met zijn gaststerrenstelsel door dezelfde techniek toe te passen op andere quasars.

3C273, dat op een afstand van 2,4 miljard lichtjaar van de aarde ligt, is een quasar. Een quasar is de kern van een melkwegstelsel waarvan wordt aangenomen dat het een enorm zwart gat in het centrum huisvest, dat het omringende materiaal opslokt en enorme straling afgeeft. In tegenstelling tot zijn saaie naam, is 3C273 de eerste quasar die ooit is ontdekt, de helderste en de best bestudeerde. Het is een van de meest waargenomen bronnen met telescopen omdat het kan worden gebruikt als een standaard voor positie in de lucht:met andere woorden, 3C273 is een radiovuurtoren.

Als je de koplamp van een auto ziet, maakt de duizelingwekkende helderheid het een uitdaging om de donkere omgeving te zien. Hetzelfde gebeurt met telescopen als je heldere objecten observeert. Dynamisch bereik is het contrast tussen de meest briljante en donkerste tonen in een afbeelding. Je hebt een hoog dynamisch bereik nodig om zowel de heldere als de donkere delen in een enkele opname van een telescoop te onthullen. ALMA kan regelmatig dynamische beeldbereiken tot ongeveer 100 bereiken, maar in de handel verkrijgbare digitale camera's hebben doorgaans een dynamisch bereik van enkele duizenden. Radiotelescopen zijn niet erg goed in het zien van objecten met een aanzienlijk contrast.

3C273 staat al tientallen jaren bekend als de beroemdste quasar, maar de kennis is geconcentreerd op de heldere centrale kernen, waar de meeste radiogolven vandaan komen. Er is echter veel minder bekend over het gaststelsel zelf, omdat de combinatie van het zwakke en diffuse sterrenstelsel met de 3C273-kern zulke hoge dynamische bereiken nodig had om te detecteren. Het onderzoeksteam gebruikte een techniek genaamd zelfkalibratie om de lekkage van radiogolven van 3C273 naar de melkweg te verminderen, die 3C273 zelf gebruikte om de effecten van de atmosferische fluctuaties van de aarde op het telescoopsysteem te corrigeren. Ze bereikten een dynamisch beeldbereik van 85000, een ALMA-record voor extragalactische objecten.

Als resultaat van het bereiken van een groot dynamisch beeldbereik, ontdekte het team de zwakke radio-emissie die zich over tienduizenden lichtjaren uitstrekte boven het gaststelsel van 3C273. Radio-emissie rond quasars suggereert typisch synchrotron-emissie, die afkomstig is van zeer energetische gebeurtenissen zoals uitbarstingen van stervorming of ultrasnelle jets die uit de centrale kern komen. Er bestaat ook een synchrotronstraal in 3C273, te zien in de rechterbenedenhoek van de afbeeldingen. Een essentieel kenmerk van synchrotron-emissie is dat de helderheid verandert met de frequentie, maar de zwakke radio-emissie die door het team werd ontdekt, had een constante helderheid, ongeacht de radiofrequentie. Na alternatieve mechanismen te hebben overwogen, ontdekte het team dat deze zwakke en uitgebreide radio-emissie afkomstig was van waterstofgas in de melkweg die rechtstreeks werd geactiveerd door de 3C273-kern. Dit is de eerste keer dat radiogolven van een dergelijk mechanisme zich over tienduizenden lichtjaren in het gaststelsel van een quasar uitstrekken. Astronomen hadden dit fenomeen decennialang over het hoofd gezien in deze iconische kosmische vuurtoren.

Dus waarom is deze ontdekking zo belangrijk? Het is in de galactische astronomie een groot mysterie geweest of de energie van een quasarkern sterk genoeg kan zijn om de melkweg het vermogen te ontnemen om sterren te vormen. De zwakke radiostraling kan helpen om het op te lossen. Waterstofgas is een essentieel ingrediënt bij het maken van sterren, maar als er zo'n intens licht op schijnt dat het gas wordt gedemonteerd (geïoniseerd), kunnen er geen sterren worden geboren. Om te onderzoeken of dit proces plaatsvindt rond quasars, hebben astronomen optisch licht gebruikt dat wordt uitgezonden door geïoniseerd gas. Het probleem met optisch licht is dat kosmisch stof het licht op weg naar de telescoop absorbeert, dus het is moeilijk om te weten hoeveel licht het gas afgeeft.

Bovendien is het mechanisme dat verantwoordelijk is voor het afgeven van optisch licht complex, waardoor astronomen veel aannames moeten doen. De in dit onderzoek ontdekte radiogolven komen door eenvoudige processen uit hetzelfde gas en worden niet door stof geabsorbeerd. Het gebruik van radiogolven maakt het meten van geïoniseerd gas dat door de kern van 3C273 wordt gecreëerd veel gemakkelijker. In deze studie ontdekten de astronomen dat ten minste 7% van het licht van 3C273 werd geabsorbeerd door gas in het gaststelsel, waardoor geïoniseerd gas ontstond dat 10-100 miljard keer de massa van de zon bedraagt. 3C273 had echter veel gas vlak voor de vorming van sterren, dus als geheel leek het er niet op dat de stervorming sterk werd onderdrukt door de kern.

"Deze ontdekking biedt een nieuwe manier om problemen te bestuderen die voorheen werden aangepakt met behulp van waarnemingen met optisch licht", zegt Shinya Komugi, universitair hoofddocent aan de Kogakuin University en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal . "Door dezelfde techniek toe te passen op andere quasars, verwachten we te begrijpen hoe een melkwegstelsel evolueert door zijn interactie met de centrale kern." + Verder verkennen

Astronomen detecteren een nieuwe radiobron van onbekende oorsprong