Zwarte gaten kunnen materie uit hun omgeving aantrekken, wat uiteindelijk straalstromen van materie en straling produceert die met extreem hoge energieën bij de polen ontsnappen. Wanneer zo’n straalstroom, ofwel jet, op de aarde is gericht, lijkt het object veel helderder. Bij superzware zwarte gaten – die zich in het centrum van veel sterrenstelsels bevinden – worden dit soort ‘blazars’ al lang bestudeerd. Nu hebben astronomen voor het eerst een zwart gat van stellaire omvang in de Melkweg geïdentificeerd waarvan de straalstroom op de aarde is gericht. Het is de eerste ontdekking van een ‘microblazar’.
Radio-opnames hebben niet alleen de straalstroom zichtbaar gemaakt, maar ook de wisselwerking ervan met de omgeving. De jet doorkruist eerst een gebied van ongeveer 100 lichtjaar, waar hij het zogeheten interstellaire medium al heeft ‘schoongeveegd’. Vervolgens botst de stroom op een relatief dichte moleculaire wolk, die voornamelijk uit moleculaire waterstof en stof bestaat. Door deze interactie ontstaat er een heldere plek op de wolk, waar het interstellaire materiaal wordt geïoniseerd en het stof wordt verhit. Hier worden deeltjes versneld tot bijna de lichtsnelheid, met energieën tot in het peta-elektronvolt-bereik. Dit maakt de microblazar tot een van de krachtigste deeltjesversnellers in de Melkweg, ongeveer 100 keer krachtiger dan de Large Hadron Collider, de krachtigste deeltjesversneller op aarde.
Het bestaan van microblazars wordt al zo’n dertig jaar voorspeld. Deze ontdekking werpt niet alleen nieuw licht op de oorsprong van de meest energierijke deeltjes in de Melkweg, maar leert astronomen ook meer over soortgelijke, maar grotere systemen in andere sterrenstelsels. “Dankzij deze ontdekking kunnen we verre blazars bestuderen, die worden gevormd door verre superzware zwarte gaten”, zegt Benito Marcote, senior support scientist bij ASTRON en JIVE en een van de auteurs van het artikel. “Die blazars zijn te ver weg om in detail in beeld te brengen. Omdat we nu een soortgelijk object in ons eigen sterrenstelsel hebben, kunnen we de fysica ervan in detail bestuderen.”
Zwart gat en zware ster
Het object – IRAS 18293−0941 – bestaat uit een zwart gat met een massa van ongeveer tien keer die van onze zon en een hete, zware ster die iedere elf dagen om elkaar heen draaien. De jets ontstaan door materie die het zwarte gat aan de ster onttrekt. Deze materie verzamelt zich eerst in een schijf rond het zwarte gat. Vlak voordat de materie uiteindelijk in het zwarte gat valt, wordt een deel ervan via krachtige jets bij beide polen van het zwarte gat uitgestoten.
IRAS 18293−0941 werd al in 1983 gezien door de Nederlands-Amerikaanse IRAS-satelliet. Astronomen raakten geïnteresseerd in het object omdat uit meerdere radio-waarnemingen bleek dat het een heldere, compacte kern had en slechts aan één kant radiostraling uitzendt. Dat wijst op het bestaan van zo’n jet.
Er werd een uitgebreide waarnemingscampagne opgezet, waarbij gebruik werd gemaakt van radiotelescopen (voor beelden met hoge resolutie en het zichtbaar maken van interacties van de jet), optische telescopen (voor spectra en snelheidsmetingen in het systeem), röntgen- en gammatelescopen (om het hete plasma rond het zwarte gat te onderzoeken) en infraroodbeelden (die het warme stof rond het systeem laten zien). “Dit was echt een waarnemingscampagne op veel verschillende golflengtes”, aldus Marcote.
Ongrijpbare deeltjes
Observatoria voor kosmische straling op aarde hebben kosmische deeltjes waargenomen met energieën tot in het peta-elektronvolt-bereik, maar al meer dan een eeuw is het onduidelijk waar deze hoogenergetische deeltjes vandaan komen. Een mogelijke bron is de schokgolf die ontstaat wanneer een krachtige jet van een zwart gat op het interstellaire medium botst, zoals te zien is bij deze microblazar. In dit onderzoek ontdekten de wetenschappers dat de heldere plek in de moleculaire wolk samenvalt met een gammastraling die hoogenergetische deeltjes kunnen produceren.
Marcote is enthousiast dat deze microblazar in verband kan worden gebracht met deze ongrijpbare klasse van deeltjes. “We zijn van plan meer waarnemingen te doen van de plek waar de straalstroom op het interstellaire medium botst”, zegt Marcote. “Als we beter begrijpen wat hier gebeurt – zoals de manier waarop het materiaal wordt verhit en geïoniseerd – dan zou dat gevolgen hebben voor ons inzicht in de stervorming in sterrenstelsels. Dat vindt namelijk plaats in dit soort moleculaire wolken. Ook leren we welke invloed microblazars hebben op de structuur en evolutie van sterrenstelsels zoals de Melkweg.”
“Deze ontdekking laat zien wat de kracht is van het gelijktijdig bestuderen van het heelal met verschillende soorten telescopen. Geen van de afzonderlijke telescopen had het volledige verhaal kunnen vertellen”, zegt co-auteur Jakob van den Eijnden (Universiteit van Amsterdam). “Het is een prachtig voorbeeld van de internationale samenwerking die de kern vormt van de moderne sterrenkunde.”