Zwart gat 'knipt' zijn schijf door om een jet af te vuren
Diep in het hart van sommige sterrenstelsels schiet een superzwaar zwart gat een straal deeltjes de ruimte in, met bijna de snelheid van het licht. Zo'n straal heet een jet. Hoe die jets precies ontstaan, was lange tijd een raadsel. Een internationaal onderzoeksteam heeft nu voor het eerst direct kunnen zien wat er vlak bij het zwarte gat gebeurt op het moment dat een jet wordt afgevuurd.
Een superzwaar zwart gat zuigt gas en stof naar zich toe. Dat materiaal vormt geen rechte lijn naar binnen, maar draait in een platte, ronddraaiende schijf: de accretieschijf. Wetenschappers denken dat jets ontstaan via magnetische velden die energie uit het draaiende zwarte gat halen, een proces dat het Blandford-Znajek-mechanisme heet. Maar daarvoor is een bepaald soort schijf nodig: heet en opgeblazen, geen koude, platte schijf.
En dat is precies het probleem. Zwarte gaten die extreem veel materiaal opslokken en sterke jets uitstoten, hebben normaal juist zo'n koude, platte schijf. Die kan de magnetische velden niet in stand houden die nodig zijn voor een jet. Hoe past dat bij elkaar?
Een stelsel als proefkonijn
Om dit uit te zoeken, richtte het team meerdere telescopen op het sterrenstelsel 3C120, dat een bekende jet-uitstotende radiogalaxie is. Ze gebruikten de röntgentelescoop XRISM, die extreem nauwkeurig licht kan analyseren, samen met drie radiotelescoopnetwerken (GMVA, VLBA en EAVN) die scherpe beelden kunnen maken van gebieden vlak bij het zwarte gat.
De röntgenmetingen lieten een opvallend signaal zien: een vervormde lichtlijn van ijzeratomen, veroorzaakt door de extreme zwaartekracht dichtbij het zwarte gat. Dat signaal onthulde dat de koude, platte schijf niet helemaal tot aan het zwarte gat doorloopt. Op een afstand van ongeveer 20 keer de zogeheten gravitatiestraal (een maat gebaseerd op de massa van het zwarte gat) breekt de koude schijf af. Daarbinnen is de schijf vervangen door een heet, opgeblazen soort materiaal.
De radiobeelden van de jet vertelden een passend verhaal. Als je de vorm van de jet terugrekent naar het punt waar hij ontstaat, dan krijg je een straal die net zo breed is als, of nog smaller dan, de plek waar de koude schijf ophoudt. De jet ontstaat dus precies in dat hete, binnenste gebied, niet in de koude buitenschijf.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit onderzoek is gedaan bij één specifiek sterrenstelsel, 3C120. Het laat zien dat bij dit ene zwarte gat de jet samenhangt met het hete binnengebied. Of dit ook geldt voor alle andere zwarte gaten met sterke jets, moet nog blijken uit vervolgonderzoek bij andere stelsels. De onderzoekers zelf noemen het bewijs voor een mogelijke universele koppeling tussen schijf en jet, maar dat is nog geen definitief vastgestelde wet.
Toch is deze ontdekking belangrijk. Jets van zwarte gaten beïnvloeden hoe hele sterrenstelsels zich ontwikkelen, door energie en materiaal ver de ruimte in te schieten. Als blijkt dat dezelfde koppeling tussen een hete binnenschijf en een jet overal geldt, ook bij zwarte gaten die enorm veel materiaal opslokken, dan komt er één samenhangend verhaal voor jetvorming binnen bereik. Dat zou een oud raadsel in de sterrenkunde een stuk dichter bij een oplossing brengen.
Bron: Disk truncation triggers relativistic jet launching of a highly accreting supermassive black hole