Volgens een artikel gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters heeft de ALMA-telescoop de allereerste beelden gemaakt van de accretieschijf van een zwart gat - een "donut" van verwarmd gas en materie die eromheen draait en die geleidelijk wordt geabsorbeerd.
“Bij het verklaren van de verschillende kenmerken van quasars, hebben we lang geloofd dat actieve superzware zwarte gaten omgeven zijn door een donutachtige structuur van gas en stof. We konden haar niet zien, aangezien ze erg klein is. Alleen dankzij de ultrahoge resolutie ALMA konden we deze droom realiseren en bevestigen dat een dergelijke structuur bestaat”, zegt Mastoshi Imanishi van de Japanese National Astronomical Observatory in Tokio.
Ruimte donuts en bagels
Superzware zwarte gaten zijn te vinden in het centrum van bijna elk sterrenstelsel. In tegenstelling tot zwarte gaten, die verschijnen wanneer sterren instorten, is hun massa miljoenen keren die van de zon. Ze absorberen periodiek sterren, andere hemellichamen en gas en werpen een deel van de opgevangen materie uit in de vorm van stralen - stralen van verwarmd plasma die met bijna de lichtsnelheid bewegen.
Deze emissies zijn volgens astronomen het gevolg van het feit dat zwarte gaten materie niet in onbeperkte hoeveelheden kunnen opnemen. Er is een bepaalde grens, die astrofysici de Eddington-limiet noemen: wanneer deze is bereikt, begint de substantie zich op te hopen in de buurt van het zwarte gat in de vorm van een hete "donut" - een aanwasschijf, waar deeltjes tegen elkaar wrijven, opwarmen tot ultrahoge temperaturen en in de ruimte worden geworpen.
Niet alle zwarte gaten gedragen zich zo, legt Imanishi uit. Het object Sgr A * in het centrum van ons melkwegstelsel onderscheidt zich bijvoorbeeld door een bescheiden karakter en eetlust, het heeft geen jets en een accretieschijf. De vraag hoe de aanwasschijf wordt gevormd en waarom sommige zwarte gaten hun eetlust scherp verliezen of juist verwerven, is een van de belangrijkste vragen in de astronomie geworden.
Japanse astrofysici hebben de eerste stap gezet om dit mysterie op te lossen door het spiraalstelsel M77 in het sterrenbeeld Cetus (een van de naaste buren van de Melkweg) te observeren met de ALMA-microgolftelescoop, geïnstalleerd op het hoge plateau van Chahnantor in Chili.
Promotie video:
Lunch met een zwart gat
De schijf van dit sterrenstelsel wordt in onze richting "gericht" gedraaid, waardoor astronomen kunnen volgen wat er in het midden gebeurt, waar zich een van de meest actieve en helderste superzware zwarte gaten in de onmiddellijke nabijheid van de Melkweg bevindt.
Om een "donut" in het midden te zoeken, gingen Japanse wetenschappers voor een truc: ze observeerden twee soorten moleculen die in de buurt van een zwart gat aanwezig kunnen zijn, maar zich anders gedragen onder verschillende omstandigheden. Koolmonoxidemoleculen, die ALMA goed kan onderscheiden, worden bijvoorbeeld in bijna alle hoeken van sterrenstelsels aangetroffen en kunnen onder bijna alle omstandigheden microgolven uitzenden.
Aan de andere kant worden stoffen zoals blauwzuur of sommige aldehyden (de eenvoudigste verbindingen van zuurstof, waterstof en koolstof) alleen zichtbaar voor ALMA-antennes wanneer ze zich in bijzonder dichte gaswolken bevinden. De accretieschijf, zo leggen astronomen uit, zou veel dichter moeten zijn dan de omliggende clusters van materie, en kan worden gedetecteerd door de overmaat van deze twee verbindingen te observeren.
Het idee loonde - Japanse astrofysici slaagden erin de eerste gedetailleerde foto's te bemachtigen van de "donut" van de accretieschijf en onthulden onverwacht enkele van zijn eigenschappen. Het bleek bijvoorbeeld dat het een langwerpige en ongelijke vorm heeft - dit suggereert dat zijn rotatie wordt gecontroleerd door willekeurige processen, en niet alleen door de aantrekkingskracht van de "eigenaar" van het centrum van de melkweg.
Astronomen hopen dat verdere waarnemingen van M77 zullen helpen om precies te begrijpen hoe zijn "donut" zo'n ongebruikelijke vorm aannam en waarom het zwarte gat in het centrum van de Melkweg er geen heeft.
