Enkele van de helderste objecten in het heelal zijn quasars. In plaats van zwarte gaten die materie verbruiken, kunnen er objecten zijn met krachtige magnetische velden die als propellers werken en materie terug in de melkweg karnen.
In het verre, jonge universum schitteren quasars met een schittering die ongeëvenaard is door iets in de lokale kosmos. Hoewel ze in optische telescopen stervormig lijken, zijn quasars eigenlijk de heldere centra van sterrenstelsels die miljarden lichtjaren van de aarde verwijderd zijn.
De ziedende kern van een quasar wordt momenteel afgebeeld als een schijf met heet gas dat in een superzwaar zwart gat spiraalt. Een deel van dat gas wordt met bijna de lichtsnelheid met kracht naar buiten uitgestoten in twee tegengestelde stralen. Theoretici worstelen om de fysica van de aanwasschijf en jets te begrijpen, terwijl waarnemers moeite hebben om in het hart van de quasar te turen. De centrale 'motor' die de jets aandrijft, is moeilijk telescopisch te bestuderen omdat het gebied zo compact is en aardobservanten zo ver weg zijn.
Astronoom Rudy Schild van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en zijn collega's bestudeerden de quasar bekend als Q0957 + 561, gelegen op ongeveer 9 miljard lichtjaar van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Ursa Major, nabij de Grote Beer. Deze quasar heeft een centraal compact object met een massa van 3-4 miljard zonnen. De meesten zouden dat object als een 'zwart gat' beschouwen, maar het onderzoek van Schild suggereert iets anders.
"We noemen dit object geen zwart gat omdat we bewijs hebben gevonden dat het een intern verankerd magnetisch veld bevat dat dwars door het oppervlak van het ingestorte centrale object dringt en dat interageert met de quasar-omgeving", aldus Schild.
De onderzoekers kozen Q0957 + 561 vanwege de associatie met een natuurlijke kosmische lens. De zwaartekracht van een nabijgelegen sterrenstelsel buigt de ruimte, vormt twee afbeeldingen van de verre quasar en vergroot het licht. Sterren en planeten in het nabije sterrenstelsel beïnvloeden ook het licht van de quasar en veroorzaken kleine fluctuaties in helderheid (in een proces dat 'microlensing' wordt genoemd) wanneer ze in de gezichtslijn tussen de aarde en de quasar afdrijven.
Schild hield de helderheid van de quasar 20 jaar in de gaten en leidde een internationaal consortium van waarnemers die 14 telescopen bedienden om het object op kritieke momenten continu te bewaken.
"Met microlensing kunnen we meer details van dit zogenaamde" zwarte gat "tweederde van de weg naar de rand van het zichtbare universum onderscheiden dan van het zwarte gat in het centrum van de Melkweg", zei Schild.
Door zorgvuldige analyse heeft het team details over de kern van de quasar geplaagd. Hun berekeningen hebben bijvoorbeeld de locatie bepaald waar de jets zich vormen.
'Hoe en waar vormen deze jets? Zelfs na 60 jaar radio-observaties hadden we geen antwoord. Nu is het bewijs binnen en we weten het ', zei Schild.
Schild en zijn collega's ontdekten dat de stralen lijken te komen uit twee regio's van 1000 astronomische eenheden in grootte (ongeveer 25 keer groter dan de afstand tussen Pluto en Zon), 8000 astronomische eenheden direct boven de polen van het centrale compacte object. (Een astronomische eenheid wordt gedefinieerd als de gemiddelde afstand van de aarde tot de zon, of 93 miljoen mijl.) Die locatie zou echter alleen worden verwacht als de stralen zouden worden aangedreven door magnetische veldlijnen opnieuw te verbinden die waren verankerd aan het roterende superzware compacte object binnen de quasar. Door interactie met een omringende accretieschijf, spoelen dergelijke draaiende magnetische veldlijnen omhoog, kronkelen ze strakker en strakker totdat ze zich explosief verenigen, opnieuw verbinden en breken, waardoor enorme hoeveelheden energie vrijkomen die de jets aandrijven.
"Deze quasar lijkt dynamisch te worden gedomineerd door een magnetisch veld dat intern is verankerd aan zijn centrale, roterende superzware compacte object", aldus Schild.
Verder bewijs voor het belang van het intern verankerde magnetische veld van de quasar wordt gevonden in omliggende structuren. Het binnenste gebied dat zich het dichtst bij de quasar bevindt, lijkt bijvoorbeeld van materiaal te zijn geveegd. De binnenrand van de accretieschijf, op ongeveer 2000 astronomische eenheden van het centrale compacte object, wordt verhit tot gloeiend en gloeit helder. Beide effecten zijn de fysieke handtekeningen van een wervelend, intern magnetisch veld dat wordt rondgetrokken door de rotatie van het centrale compacte object - een fenomeen dat het 'magnetische propellereffect' wordt genoemd.
Waarnemingen suggereren ook de aanwezigheid van een brede kegelvormige uitstroom van de accretieschijf. Waar verlicht door de centrale quasar, schijnt het in een ringachtige omtrek die bekend staat als de Elvis-structuur naar Schild's CfA-collega, Martin Elvis, die het bestaan ervan theoretiseerde. De verrassend grote hoekopening van de uitstroom die wordt waargenomen, wordt het best verklaard door de invloed van een intrinsiek magnetisch veld in het centrale compacte object in deze quasar.
In het licht van deze waarnemingen hebben Schild en zijn collega's, Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) en Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University), een controversiële theorie voorgesteld dat het magnetische veld intrinsiek is voor het centrale, superzware compacte object van de quasar, eerder dan alleen deel uitmaken van de accretieschijf zoals de meeste onderzoekers denken. Indien bevestigd, zou deze theorie leiden tot een revolutionair nieuw beeld van de quasar-structuur.
"Onze bevinding daagt de geaccepteerde kijk op zwarte gaten uit", zei Leiter. "We hebben zelfs een nieuwe naam voor hen voorgesteld: magnetosferische eeuwig instortende objecten, of MECO's", een variant van de naam die voor het eerst werd bedacht door de Indiase astrofysicus Abhas Mitra in 1998. "Astrofysici van 50 jaar geleden hadden geen toegang tot het moderne begrip van kwantumelektrodynamica die achter onze nieuwe oplossingen voor Einsteins oorspronkelijke relativiteitsvergelijkingen staat. ”
Dit onderzoek suggereert dat het centrale compacte object van de quasar, naast zijn massa en draaiing, fysieke eigenschappen heeft die meer op een sterk roodverschoven, draaiende magnetische dipool lijken dan op een zwart gat. Om die reden verdwijnt de meeste naderende materie niet voor altijd, maar voelt in plaats daarvan de motorachtige roterende magnetische velden en wordt weer naar buiten gedraaid. Volgens deze theorie heeft een MECO geen gebeurtenishorizon, dus elke materie die door de magnetische propeller kan komen, wordt geleidelijk vertraagd en gestopt op het zeer roodverschoven oppervlak van de MECO, met slechts een zwak signaal dat de straling van die materie verbindt naar een verre waarnemer. Dat signaal is erg moeilijk waar te nemen en is niet gedetecteerd vanaf Q0957 + 561.
Dit onderzoek is gepubliceerd in de uitgave van juli 2006 van het Astronomical Journal en is online beschikbaar op http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), met hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts, is een gezamenlijke samenwerking tussen het Smithsonian Astrophysical Observatory en het Harvard College Observatory. CfA-wetenschappers, georganiseerd in zes onderzoeksdivisies, bestuderen de oorsprong, evolutie en het uiteindelijke lot van het universum.
Oorspronkelijke bron: CfA News Release
