Astronomen hebben een hoogenergetisch spektakel op 7.000 lichtjaar afstand vastgelegd, waarbij ze een zwart gat met een stellaire massa hebben waargenomen dat een naburige ster ‘kannibaliseert’ en energiestralen uitstraalt met de kracht van 10.000 zonnen.
Met behulp van gegevens van het Square Kilometre Array Observatory (SKA) hebben onderzoekers een zeldzame, meetbare kijk gekregen op de werking van uitbarstingen van zwarte gaten – een ontdekking die zou kunnen dienen als een essentieel ‘anker’ om te begrijpen hoe zelfs de grootste zwarte gaten in het universum hun gaststelsels beïnvloeden.
De anatomie van Cygnus X-1
Het onderwerp van deze studie is Cygnus X-1 (Cyg X-1), een van de meest prominente röntgenbronnen aan de hemel. Het systeem is een gewelddadig binair partnerschap dat bestaat uit:
– Een zwart gat met een enorme massa: Naar schatting ongeveer 21 maal de massa van onze zon.
– Een blauwe superreusster: Een enorme donorster die zich op slechts 48 miljoen kilometer afstand van het zwarte gat bevindt.
De relatie is parasitair. De blauwe superreus zendt krachtige stellaire winden uit, waardoor materiaal wordt afgestoten dat naar het zwarte gat wordt getrokken. Omdat deze materie een impulsmoment bezit, kan ze niet rechtstreeks in de afgrond vallen; in plaats daarvan wervelt het in een afgeplatte, oververhitte accretieschijf. Dit proces genereert de intense röntgenstraling die Cyg X-1 zo zichtbaar maakt voor telescopen.
De “dansende” jets
Niet alle materie die door het zwarte gat wordt geconsumeerd, wordt ingeslikt. In plaats daarvan wordt een deel naar de polen van het zwarte gat geleid en als enorme jets de ruimte in geschoten.
De belangrijkste kenmerken van deze jets zijn onder meer:
– Extreme snelheid: Ze reizen met ongeveer 336 miljoen mijl per uur (150.000 km/s) – ongeveer de helft van de snelheid van het licht.
– Onregelmatige beweging: Hoofdonderzoeker Steve Prabu van de Universiteit van Oxford beschreef de jets als ‘dansend’. In plaats van in een rechte lijn te schieten, lijken de jets af te buigen en te wiebelen.
– De oorzaak van de dans: De onderzoekers hebben vastgesteld dat de intense stellaire winden van de begeleidende ster fysiek tegen de jets duwen, waardoor deze van richting veranderen terwijl de twee objecten om elkaar heen draaien.
Waarom dit ertoe doet: de kosmos kalibreren
Deze observatie levert veel meer op dan alleen een spectaculair beeld; het biedt een cruciaal stukje wiskundig bewijs.
Jarenlang hebben astrofysici uitgegaan van een theoretische veronderstelling: dat grofweg 10% van de energie die vrijkomt als materie in een zwart gat valt, wordt weggevoerd door deze jets. Hoewel dit een hoofdbestanddeel is van grootschalige universumsimulaties, is het notoir moeilijk gebleken om dit door directe observatie te bewijzen. De Cyg X-1-gegevens hebben nu die bevestiging opgeleverd.
Van stellaire massa naar supermassief
Deze ontdekking slaat een brug tussen verschillende schalen van kosmische verschijnselen. De fysica die een klein zwart gat als Cyg X-1 bestuurt, lijkt opmerkelijk veel op de fysica van superzware zwarte gaten : de reuzen die zich in de centra van sterrenstelsels bevinden die miljoenen of miljarden keren massiever zijn dan de zon.
Door hun begrip te ‘verankeren’ met deze nauwkeurige metingen van Cyg X-1, kunnen wetenschappers nu nauwkeuriger kalibreren hoeveel energiestralen van verre, superzware zwarte gaten hun omgeving in pompen. Terwijl de bouw van het Square Kilometre Array Observatory in Australië en Zuid-Afrika voortduurt, verwachten astronomen deze nieuwe basislijn te gebruiken om de kracht van jets in miljoenen verre sterrenstelsels te meten.
Dit onderzoek bevestigt een al lang bestaand theoretisch model, dat een essentieel kalibratie-instrument biedt waarmee wetenschappers hun kennis kunnen opschalen van kleine stellaire zwarte gaten tot de superzware reuzen die de architectuur van het universum vormgeven.
