Nederlandse sterrenkundigen bewijzen laatste stukje gaskringloop zwart gat

Drie sterrenkundigen uit Nederland hebben bewezen dat gas dat eerder bij een superzwaar zwart gat verwarmd was en naar de buitenwijken van het sterrenstelsel stroomde en afkoelde, weer terug in de richting van het zwarte gat beweegt. Er waren indirecte aanwijzingen voor deze theorie, maar het is voor het eerst dat het naar het zwarte gat bewegende afgekoelde gas ook echt is aangetoond. De onderzoekers deden hun ontdekking toen ze oude metingen van het ALMA-observatorium met nieuwe technieken te lijf gingen. Ze delen hun bevindingen in Nature Astronomy.

Van superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels is al langer bekend dat ze enorme hoeveelheden energie kunnen uitzenden. Daardoor wordt het omringende gas warm en stroomt het ver weg van het centrum. Dat heeft dan weer tot gevolg dat het zwarte gat minder actief wordt en dan kan er, zo is het idee, weer koel gas terugstromen.

Drie onderzoekers van ASTRON, het Kapteyn Astronomical Institute/Rijksuniversiteit Groningen en JIVE, hebben dat koele, terugstromende gas nu aangetoond. Het gaat in dit geval om koud koolmonoxide-gas, maar waarschijnlijk stroomt er ook ander koud gas terug.

De sterrenkundigen gebruikten gegevens die het ALMA-observatorium verzamelde van het iconische sterrenstelsel 3C 84 (ook wel NGC 1275 of Perseus A genoemd). Dat sterrenstelsel bevindt zich op 235 miljoen lichtjaar van ons vandaan in het noordelijke sterrenbeeld Perseus. Het is het schoolvoorbeeld van wat sterrenkundigen 'AGN-feedback' noemen, ofwel de kringloop van gas in de buurt van een zwart gat. Al decennia was bekend dat plasmajets vanuit het superzware zwarte gat het hete gas rond 3C 84 verstoren en dat filamenten van kouder gas in en rond het stelsel zweven. En al lang werd verondersteld dat die filamenten terugvallen naar het zwarte gat, maar het was nog nooit aangetoond.

"De gegevens die wij gebruikten, waren eerder door een ander team van wetenschappers onderzocht," zegt hoofdonderzoeker Tom Oosterloo (ASTRON en Rijksuniversiteit Groningen). "Zij kregen de ruis niet weg. Wij wel. Wij benutten een nieuwe kalibratietechniek waardoor we gebieden in de buurt van het zwarte gat drie keer zo scherp in beeld kregen. En toen zagen we dus het koele koolmonoxide gas terugstromen.

In de toekomst willen de onderzoekers ook van andere gasmoleculen dan koolmonoxide de stroming in kaart brengen.

Het onderzoek van Oosterloo en collega's staat overigens los van het onderzoek van Takuma Izumi en collega's in Science van 3 november 2023. Izumi onderzocht wat er met gas gebeurt als het eenmaal aangekomen is in de gasschijf dichtbij een zwart gat. Oosterloo en collega's volgen gas dat van ver naar zo'n gasschijf toe beweegt. Oosterloo en de zijnen kijken naar wat er op grotere schaal gebeurt rond een zwart gat en bestuderen hoe dat samenhangt met de ontwikkeling van het bijbehorende sterrenstelsel. De groep van Izumi richt zich vooral op hoe een zwart gat gevoed wordt.

Wetenschappelijk artikel
Closing the feedback-feeding loop of the radio galaxy 3C 84. Door: Tom Oosterloo, Raffaella Morganti & Suma Murthy. In: Nature Astronomy. [origineel | preprint (pdf)]

Bron: NOVA / astronomie.nl