Astronomen hebben voor het eerst de buitenrand van de materieschijf rond een voedend superzwaar zwart gat waargenomen.
Deze waarnemingen kunnen wetenschappers helpen de structuren rondom deze kosmische monsters beter te meten, te begrijpen hoe zwarte gaten zich voeden met die structuren, en samen te brengen hoe deze voeding de evolutie beïnvloedt van sterrenstelsels die dergelijke verschijnselen herbergen.
Zwarte gaten die zich voeden, bevinden zich in het hart van gebieden met een ongelooflijke helderheid die actieve galactische kernen (AGN) worden genoemd. Direct rond deze zwarte gaten, die miljoenen of zelfs miljarden keren massiever kunnen zijn dan de zon, bevindt zich een roterende schijf van gas en stof die geleidelijk in het centrale superzware lichaam wordt gevoerd.
De ongelooflijke zwaartekrachtsinvloed van zulke superzware zwarte gaten zorgt ervoor dat de materie in de aangroeiende schijven temperaturen tot wel 10 miljoen graden Celsius bereikt. Hierdoor zendt de structuur straling uit over het gehele elektromagnetische spectrum, van hoogenergetische gammastraling en röntgenstraling tot zichtbaar licht, infrarood licht en radiogolven. Deze emissies van actieve galactische kernen, ook wel quasars genoemd, kunnen zo helder zijn dat ze het gecombineerde licht van elke ster in de omringende sterrenstelsels overtreffen.
Verwant: De James Webb-ruimtetelescoop onthult dat actieve superzware zwarte gaten verrassend zeldzaam waren in het vroege heelal
Maar zelfs met deze krachtige output zijn accretieschijven, omdat ze relatief klein zijn en veel ervan zich in ongelooflijk verre sterrenstelsels bevinden, moeilijk rechtstreeks in beeld te brengen. Maar als alternatief kunnen astronomen het volledige spectrum van licht van de accretieschijf gebruiken om de fysica ervan te begrijpen en zelfs de grootte ervan te bepalen.
Dit is de techniek die is toegepast door een team onder leiding van onderzoekers van het National Institute for Space Research in Brazilië. Denimara Dias dos Santos en Alberto Rodríguez Ardila bestudeerden de accretieschijf van een verre quasar, III Zw 002, gelegen in het hart van het sterrenstelsel Messier 106 (M 106). M 106 leeft ongeveer 24 miljoen lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Canes Venatic.
Voor het eerst zag het team nabij-infrarode emissielijnen in het lichtspectrum afkomstig van de accretieschijf van deze quasar. Deze lijnen hielpen onderzoekers bij het bepalen van de grootte van deze plaatachtige structuur waaruit het superzware zwarte gat, waarvan is vastgesteld dat de massa tussen de 400 en 500 maal de massa van de zon ligt, zich voedt.
“Deze ontdekking geeft ons waardevolle inzichten in de structuur en het gedrag van het breedbandgebied in dit specifieke sterrenstelsel, en benadrukt de fascinerende verschijnselen die optreden rond superzware zwarte gaten in actieve sterrenstelsels”, aldus Rodriguez-Ardila. Dat zei hij in een verklaring.
Opwinding over het verzamelen van tablets
Emissielijnen zoals degene die het team heeft bestudeerd, ontstaan wanneer een atoom energie absorbeert en een ‘aangeslagen toestand’ aanneemt, wat natuurkundigen noemen. Uiteindelijk moeten deze atomen terugkeren naar hun laagste energietoestand, oftewel de ‘grondtoestand’. Door deze daling naar de grondtoestand komt licht vrij dat, aangezien elk element een unieke reeks energieniveaus heeft, een golflengte en energie heeft die kenmerkend zijn voor het atoom van een bepaald element.
Dit betekent dat deze emissies in de lichtspectra kunnen helpen bij het identificeren van elementen in de ster, de atmosfeer van de planeet en, in dit geval, in de accretieschijf rond het zwarte gat.
Emissielijnen van sterren en andere bronnen nemen de vorm aan van dunne randen in de spectra, maar de gewelddadige omstandigheden rond het superzware zwarte gat zorgen ervoor dat de emissielijnen van de accretieschijf er anders uitzien.
Terwijl materie nabij het superzware zwarte gat versnelt tot snelheden die de snelheid van het licht benaderen, worden de bijbehorende emissielijnen breder en krijgen ze ondiepere pieken. De regio waar deze emissies vandaan komen, wordt de brede regio van de accretieschijf genoemd.
Wanneer de ene kant van de accretieschijf naar de aarde beweegt, beweegt de andere kant weg. Dit resulteert in korte golflengten van licht aan de kant die naar ons toe draait en langere golflengten van licht aan de kant van de accretieschijf die weg beweegt.
Dit is vergelijkbaar met wat er hier op aarde gebeurt als een ambulance in een stadsstraat op je afkomt. De geluidsgolven van de sirenes combineren zich, waardoor een geluid met een korte golflengte en een geluid met een hoge frequentie ontstaat. Terwijl de ambulance wegrijdt, breiden de geluidsgolven uit en neemt de frequentie van de sirene af.
Dit fenomeen wordt de Dopplerverschuiving genoemd en voor licht dat uit de accretieschijf komt, verschijnen er twee pieken: één aan de kant die van de aarde af beweegt en de andere aan de kant die snel naar de aarde toe beweegt.
Wanneer deze brede emissies met dubbele piek uit het binnenste gebied van de accretieschijf worden waargenomen, geven ze astronomen geen aanwijzingen over de grootte van de accretieschijven. Als deze lijnen echter vanaf de buitenrand zichtbaar zouden zijn, zouden ze dat wel zijn.
Dit team van astronomen heeft de ondubbelzinnige ontdekking gedaan van twee nabij-infraroodprofielen met dubbele pieken in het brede gebied van III Zw 002, een lijn die afkomstig is van waterstof uit een binnengebied van de brede gebiedsschijf en een zuurstofgenererende lijn aan de onderkant van de schijf. buitengrens van dit gebied.
De emissielijnen werden gevonden in gegevens verzameld door de Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS), die in staat is om het volledige nabij-infraroodspectrum tegelijkertijd te observeren. Hierdoor kon het team een enkel, schoon, continu gekalibreerd spectrum van de quasar vastleggen.
“We wisten niet eerder dat III Zw 002 dit uiterlijk met dubbele piek had, maar toen we de gegevens verkleinden, zagen we de dubbele piek heel duidelijk”, zei Rodriguez-Ardila. “In feite hebben we de gegevens verschillende keren verkleind, omdat we dachten dat het misschien verkeerd was, maar elke keer zagen we hetzelfde dramatische resultaat.”
Dit hielp de grootte van de accretieschijf te beperken, omdat het team de waterstoflijn kon zien komen van een afstand van 16,77 lichtdagen van het centrale superzware zwarte gat, terwijl de zuurstoflijn afkomstig was van een straal van 18,86 lichtdagen.
Astronomen waren ook in staat de omvang van het brede gebied te bepalen, waarbij de buitenstraal werd geschat op 52,43 lichtdagen. Bovendien kon het team berekenen dat het brede lijngebied van de accretieschijf onder een hoek van 18 graden ten opzichte van de aarde staat.
Het team zal quasar III Zw 002 blijven volgen, het beeld in de loop van de tijd zien veranderen, en ook kijken naar het gebruik van nabij-infraroodlicht om andere actieve galactische kernen te bestuderen.
Het onderzoek werd in augustus gepubliceerd in Astrofysische dagboekbrieven.
“Social media fanaat. Fanatieke bacon fanaat. Wannabe popcultuur fan. Communicator. Gecertificeerd schrijver.”
More Stories
SpaceX voert een succesvolle statische lancering uit van zijn Starship-voertuig
Nieuwe supercomputersimulaties van NASA laten zien hoe het zou zijn om in een superzwaar zwart gat te vallen
Voetafdrukken in China wijzen op een nieuwe megaraptor die met de dinosaurussen rondzwierf