Astronomen bespioneren kwartet van holtes van gigantische zwarte gaten

[univers]

Afbeelding tegoed: röntgenfoto: NASA/CXC/Univ. van Bologna/F. Ubertosi; Optisch: NASA/STScl/M.Calzadilla

Wetenschappers hebben met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory vier enorme holtes of bellen gevonden in het centrum van een cluster van sterrenstelsels. Deze ongewone reeks kenmerken is mogelijk veroorzaakt door uitbarstingen van twee superzware zwarte gaten die dicht om elkaar heen draaien.

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste structuren in het universum die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden. Ze zijn een mengsel van honderden of zelfs duizenden individuele sterrenstelsels, enorme hoeveelheden heet gas en onzichtbare donkere materie. Het hete gas dat clusters doordringt, bevat veel meer massa dan de sterrenstelsels zelf, en gloeit helder in het röntgenlicht dat Chandra detecteert. Een enorm sterrenstelsel bevindt zich meestal in het centrum van een cluster.


Met behulp van Chandra zijn in het centrum van de RBS 797-cluster van sterrenstelsels vier enorme holtes of bellen gevonden.
Credits: NASA/CXC/Univ. van Bologna/F. Ubertosi

Een nieuwe Chandra-studie van de melkwegcluster bekend als RBS 797, op ongeveer 3,9 miljard lichtjaar van de aarde, onthulde twee afzonderlijke paren holtes die zich uitstrekken van het centrum van de cluster.

Dit soort holtes zijn eerder gezien in andere clusters van sterrenstelsels. Wetenschappers denken dat ze het resultaat zijn van uitbarstingen uit gebieden in de buurt van een superzwaar zwart gat in het midden van het massieve centrale sterrenstelsel. Terwijl materie van het zwarte gat wegvliegt als stralen in tegengestelde richtingen, blaast het holtes in het hete gas. De openbaring in RBS 797 is dat er twee sets jets zijn die loodrecht op elkaar zijn gericht.

"We denken dat we weten wat een paar holtes vertegenwoordigt, maar wat gebeurt er als een cluster van sterrenstelsels twee paar heeft in heel verschillende richtingen?" zei Francesco Ubertosi van de Universiteit van Bologna in Italië, die de Chandra-studie leidde.

Astronomen observeerden eerder het paar holtes in de oost-west richting in RBS 797, maar het paar in de noord-zuid richting werd alleen gedetecteerd in een nieuwe, veel langere Chandra-waarneming. De diepere afbeelding gebruikt bijna vijf dagen Chandra-waarnemingstijd, vergeleken met ongeveer 14 uur voor de oorspronkelijke waarneming. De Karl G. Jansky Very Large Array van de National Science Foundation had al bewijs gevonden voor twee paar jets als radiostraling, die in lijn liggen met de holtes.

Hoe is dit kwartet van gaatjes ontstaan? Het meest waarschijnlijke antwoord, volgens Ubertosi en zijn collega's, is dat RBS 797 een paar superzware zwarte gaten bevat die bijna tegelijkertijd stralen in loodrechte richtingen hebben gelanceerd.

"Ons beste idee is dat één paar superzware zwarte gaten heeft geleid tot een paar holtes", zegt Myriam Gitti, ook co-auteur van de Universiteit van Bologna. "Hoewel we denken dat superzware zwarte gaten binaire systemen kunnen vormen, is het uiterst zeldzaam dat beide in een actieve fase worden waargenomen - in die zin is de ontdekking van twee nauwe actieve zwarte gaten die holtes in RBS 797 opblazen, buitengewoon."

Inderdaad, eerder ontdekte een radio-observatie met het Europese VLBI-netwerk (EVN) twee radiopuntbronnen die slechts ongeveer 250 lichtjaar van elkaar zijn gescheiden in RBS 797. Als beide bronnen superzware zwarte gaten zijn, behoren ze tot het dichtstbijzijnde paar dat ooit is gedetecteerd. De twee zwarte gaten zouden naar elkaar toe moeten blijven draaien, enorme hoeveelheden zwaartekrachtsgolven genereren en uiteindelijk samensmelten.

Er is nog een mogelijke verklaring voor de vier holtes in RBS 797. Dit scenario betreft slechts één superzwaar zwart gat - met jets die er op de een of andere manier in slagen om vrij snel in de richting te draaien. Analyse van de Chandra-gegevens laat zien dat het leeftijdsverschil voor de oost-west- en noord-zuidholten minder dan 10 miljoen jaar is.

“Als er maar één zwart gat verantwoordelijk is voor deze vier holtes, dan zullen we de geschiedenis van zijn activiteit moeten traceren. De belangrijkste aspecten zijn hoe de oriëntatie van de jets snel veranderde, en of dit te maken heeft met de clusteromgeving van sterrenstelsels of met de fysica van het zwarte gat zelf – of zelfs een combinatie van beide”, zegt Fabrizio Brighenti, een co-auteur van de Universiteit van Bologna .

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, verschijnt in The Astrophysical Journal Letters en is online beschikbaar: https://arxiv.org/abs/2111.03679

https://www.nasa.gov/mission_pages/chan ... holes.html