Observaties van röntgentelescoop XRISM tonen dat de wind uit een superzwaar zwart gat bestaat uit kogelvormige gasklonters. Astronomen gingen er vanuit dat het materiaal in de wind gelijkmatig verdeeld zou zijn. De gaskogels dragen een energie van meer dan duizendmaal dan die van reguliere winden die zich uitstrekken over een sterrenstelsel, wat duidt op een veel grotere impact op hun omgeving. Publicatie in Nature door een internationaal team van astronomen, onder wie Elisa Costantini, Liyi Gu en Aurora Simionescu van SRON.
co-evolutie
Algemeen wordt aangenomen dat elk sterrenstelsel een zwart gat in zijn centrum herbergt van enkele miljoenen zonsmassa’s. In de loop van het heelal zijn deze zwarte gaten en hun gaststelsels samen geëvolueerd in een nauw verbonden proces. Maar vanwege het enorme verschil in omvang en massa blijven de mechanismen achter deze wisselwerking onduidelijk.
Een cruciale aanwijzing voor het oplossen van deze puzzel ligt in de krachtige gasstromen vanuit de gebieden rond zwarte gaten. Astronomen vermoeden dat deze wind de co-evolutie op twee belangrijke manieren beïnvloedt: door de groei van zwarte gaten te reguleren door de instroom van materie te beperken, en door enorme hoeveelheden energie in het sterrenstelsel te injecteren, wat de stervorming mogelijk stillegt.
De impact van de wind hangt sterk af van de hoeveelheid energie die hij met zich meedraagt. Om deze energie nauwkeurig af te schatten, moeten onderzoekers eerst de structuur en de vorm van de wind nauwkeurig bepalen—iets wat onmogelijk was met voorgaande telescopen.
Waarnemingen
In maart 2024 observeerde het onderzoeksteam het superzware zwarte gat PDS 456, op ongeveer twee miljard lichtjaar afstand, met behulp van de X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM). Met Resolve—XRISM’s zachte röntgenspectrometer, waar SRON het filterwiel inclusief kalibratiebronnen voor leverde—verkregen ze röntgenspectra die voor het eerst complexe absorptielijnstructuren lieten zien (afbeelding 2). Eerdere telescopen toonden deze structuren slechts als een enkele, brede absorptielijn.
Dit absorptiespectrum onthult tenminste vijf verschillende gascomponenten in de wind van het zwarte gat, die elk met 20-30% van de lichtsnelheid reizen (ruwweg 200 tot 300 miljoen km/h). Dit suggereert dat de wind niet gelijkmatig is, zoals eerder werd aangenomen, maar een klonterige, kogelachtige structuur heeft, met veel afzonderlijke snelheden.
Naast de absorptiekenmerken heeft XRISM ook emissielijnen gedetecteerd in de wind (afbeelding 3). Deze röntgenstraling wordt zowel uitgezonden door gas dat naar ons toe als van ons af beweegt. Door het Dopplereffect verbreedt deze beweging de emissielijnen. Bovendien weerspiegelt de sterkte van de emissielijnen de totale gasinhoud in de wind. De intensiteit van de lijnen geeft aan dat de wind bijna isotroop expandeert in alle richtingen.
Op basis van deze nieuw ontdekte kogelvormige wind maakte het onderzoeksteam een schatting van de hoeveelheid gas en de energie die het bevat. De wind blijkt 60 tot 300 zonsmassa’s per jaar weg te voeren, met een energie-output van ruim duizendmaal meer dan die van eerder waargenomen winden op galactische schaal. Vroeger werd gedacht dat hogesnelheidswinden in de buurt van zwarte gaten al hun energie overdragen aan grootschalige galactische winden en zo de groei van sterrenstelsels en stervorming beïnvloeden. De nieuwe resultaten suggereren echter iets anders: veel van de energie van de wind wordt niet naar buiten overgedragen, maar komt vrij bij uitbarstingen—zoals zogenaamde geisers—of ontsnapt via gaten in het omringende interstellaire gas.
Publicatie
XRISM collaboration, ‘Structured ionized winds shooting out from a quasar at relativistic speeds‘, Nature