Zwarte gaten zijn als temperamentvolle peuters. Ze morsen de hele tijd voedsel, maar ESA's XMM-Newton heeft een zwart gat opgelopen toen hij "de tafel omdraaide" tijdens een verder beschaafde maaltijd.

Deze handeling voorkomt dat het sterrenstelsel rondom het zwarte gat nieuwe sterren vormt, waardoor we inzicht krijgen in hoe zwarte gaten en sterrenstelsels samen evolueren.

In het hart van elk groot sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat, waarvan de enorme zwaartekracht gas uit de omgeving aanzuigt. Terwijl het gas naar binnen spiraalt, verzamelt het zich in een platte ‘accretieschijf’ rond het zwarte gat, waar het opwarmt en oplicht. Na verloop van tijd passeert het gas dat zich het dichtst bij het zwarte gat bevindt het point of no return en wordt opgeslokt.

Zwarte gaten verbruiken echter slechts een fractie van het gas dat naar hen toe stroomt. Terwijl ze een zwart gat omcirkelen, wordt er wat materie terug de ruimte in geslingerd, net zoals een rommelige peuter veel morst van wat er op zijn bord ligt.

In meer dramatische afleveringen zal een zwart gat de hele eettafel omdraaien:gas in de accretieschijf wordt met zulke hoge snelheden in alle richtingen weggeslingerd dat het het omringende interstellaire gas opruimt. Hierdoor wordt het zwarte gat niet alleen van voedsel beroofd, maar het betekent ook dat er zich in een uitgestrekt gebied geen nieuwe sterren kunnen vormen, waardoor de structuur van het sterrenstelsel verandert.

Tot nu toe werd deze ultrasnelle ‘zwarte gatenwind’ alleen waargenomen als deze afkomstig was van extreem heldere accretieschijven, die zich aan de limiet bevinden van de hoeveelheid materie die ze kunnen aanzuigen. Deze keer detecteerde XMM-Newton ultrasnelle wind in een een duidelijk gemiddeld sterrenstelsel waarvan je zou kunnen zeggen dat het 'slechts tussendoortjes' was. De bevinding wordt gerapporteerd in The Astrophysical Journal Letters .

"Je zou heel snelle winden kunnen verwachten als een ventilator op de hoogste stand werd aangezet. In het sterrenstelsel dat we bestudeerden, genaamd Markarian 817, werd de ventilator op een lager vermogen aangezet, maar er werden nog steeds ongelooflijk energieke winden gegenereerd," merkt student-onderzoeker Miranda Zak (Universiteit van Michigan) op, die een centrale rol speelde in dit onderzoek.

‘Het is zeer ongebruikelijk om ultrasnelle winden waar te nemen, en nog minder gebruikelijk om winden te detecteren die genoeg energie hebben om het karakter van hun gaststelsel te veranderen. Het feit dat Markarian 817 deze winden ongeveer een jaar lang produceerde, terwijl hij zich niet in een bijzonder actieve toestand suggereert dat zwarte gaten hun sterrenstelsels veel meer kunnen hervormen dan eerder werd gedacht”, aldus co-auteur Elias Kammoun, astronoom aan de Roma Tre Universiteit, Italië.

Röntgenstralen geblokkeerd door de wind

Actieve galactische centra zenden hoogenergetisch licht uit, inclusief röntgenstraling. Markarian 817 viel de onderzoekers op omdat het verschrikkelijk stil werd. Terwijl ze het sterrenstelsel observeerde met behulp van NASA's Swift-observatorium, vertelt Miranda:"Het röntgensignaal was zo zwak dat ik ervan overtuigd was dat ik iets verkeerd deed."

Vervolgobservaties met ESA’s gevoeligere röntgentelescoop XMM-Newton onthulden wat er werkelijk aan de hand was:ultrasnelle winden die uit de accretieschijf kwamen, gedroegen zich als een lijkwade en blokkeerden de röntgenstralen die uit de directe omgeving van de ruimte werden uitgezonden. zwart gat (de corona genoemd). Deze metingen werden ondersteund door waarnemingen gedaan met NASA's NuSTAR-telescoop.

Een gedetailleerde analyse van de röntgenmetingen toonde aan dat het centrum van Markarian 817, in plaats van een enkel "wolkje" gas uit te zenden, een stormachtige storm veroorzaakte over een groot gebied in de accretieschijf. De wind duurde enkele honderden dagen en bestond uit ten minste drie verschillende componenten, die elk met enkele procenten van de lichtsnelheid bewogen.

Dit lost een open puzzel op in ons begrip van hoe zwarte gaten en de sterrenstelsels eromheen elkaar beïnvloeden. Er zijn veel sterrenstelsels – waaronder de Melkweg – die grote gebieden rond hun centrum lijken te hebben waarin heel weinig nieuwe sterren worden gevormd. Dit zou kunnen worden verklaard door de winden van zwarte gaten die het stervormende gas opruimen, maar dit werkt alleen als de winden snel genoeg zijn, lang genoeg aanhouden en worden gegenereerd door zwarte gaten met een typisch activiteitsniveau.

“Veel openstaande problemen bij het onderzoek naar zwarte gaten zijn een kwestie van het bereiken van detecties door middel van lange observaties die zich over vele uren uitstrekken om belangrijke gebeurtenissen vast te leggen. Dit benadrukt het voornaamste belang van de XMM-Newton-missie voor de toekomst. Geen enkele andere missie kan de combinatie van de hoge gevoeligheid en het vermogen om lange, ononderbroken waarnemingen te doen", zegt Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton-projectwetenschapper.

Meer informatie: Miranda K. Zak et al., Felle feedback in een verduisterde, sub-Eddington-staat van de Seyfert 1.2 Markarian 817, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1407

Journaalinformatie: Astrofysische dagboekbrieven

Aangeboden door het Cyprus Planetarium