Astronomen hebben gammastraling ontdekt die uit de buurt van het superzware zwarte gat in het hart van de melkweg M87 stroomt. Een speciaal instrument genaamd H.E.S.S., gevestigd in Namibië, kan detecteren wanneer deze stralen onze atmosfeer raken en de bron traceren. Astronomen hebben vastgesteld dat een gebied dat niet veel groter is dan ons zonnestelsel rond het zwarte gat verantwoordelijk is voor deze uitstorting van gammastraling; het zwarte gat werkt als een versneller van kosmische deeltjes.
Een internationaal team van astrofysici van de H.E.S.S. samenwerking heeft de ontdekking aangekondigd van variabiliteit op korte termijn in de flux van zeer-hoogenergetische (VHE) gammastralen van het radiostelsel M 87. In Namibië heeft de samenwerking een detectiesysteem gebouwd en geëxploiteerd, bekend als Cherenkov-telescopen, die kunnen deze gammastralen vanaf de grond worden gedetecteerd (zie opmerkingen). Door dit systeem te richten op een nabijgelegen sterrenstelsel, M 87, heeft het team de afgelopen vier jaar VHE-gammastraling gedetecteerd. De echte verrassing is echter dat de intensiteit van de emissie soms binnen enkele dagen drastisch verandert.
Het gigantische radiostelsel M 87
Dit sterrenstelsel, 50 miljoen lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Maagd, herbergt een super-massief zwart gat van 3.000 miljoen zonsmassa's waaruit een straal deeltjes en magnetische velden voortkomt. In tegenstelling tot eerder waargenomen extragalactische bronnen van VHE-gammastralen - bekend als Blazars - wijst de straal in M 87 niet naar de aarde, maar wordt hij gezien onder een hoek van ongeveer 30 °. In Blazars wordt aangenomen dat gammastraling in de straal wordt uitgezonden, rond de straalrichting wordt gecollimeerd en hun energie en intensiteit wordt versterkt door de relativistische beweging van straaldeeltjes. M 87 vertegenwoordigt daarom een nieuw type extragalactische gammastraalbron.
Een eerste indicatie van VHE-gammastraling-emissie van M 87 werd gezien in 1998 met de HEGRA Cherenkov-telescopen (een van de voorloperexperimenten van H.E.S.S.). Met de H.E.S.S. resultaten deze indicaties worden nu met meer vertrouwen bevestigd. De flux van VHE-gammastralen van M 87 is vrij zwak; tot dusver was geen enkel ander radiostelsel te zien in VHE-gammastraling, waarschijnlijk omdat de meeste verder verwijderd zijn dan de relatief nabije M 87.
Welke korte variabiliteit in de tijdschaal ons vertelt
De tijdschaal van variabiliteit is een indicator voor de maximale omvang van het emissiegebied. Omdat gammastralen van de achterkant van het emissiegebied langer reizen totdat ze ons bereiken, kunnen tijdschalen voor variabiliteit niet veel korter zijn dan de tijd die gammastralen nodig hebben om het emissiegebied te passeren. Dergelijke variabiliteitsmetingen worden vaak gebruikt om de grootte van de emissielocatie in verre objecten te beperken, vaak met een grotere nauwkeurigheid dan door de grootte van het object te meten op basis van de hoekverlenging in de lucht. De variabiliteitstijdschaal van enkele dagen zoals gezien door H.E.S.S. in M 87 is extreem kort, korter dan gedetecteerd op een andere golflengte. Dit vertelt ons dat de grootte van het gebied dat de VHE-gammastraling produceert, ongeveer de grootte is van ons zonnestelsel (1013 m, slechts ongeveer 0,000001% van de grootte van het hele radiostelsel M 87). "Dit is niet veel groter dan de horizon van het super-massieve zwarte gat in het midden van M 87", zegt Matthias Beilicke, een H.E.S.S. wetenschapper aan de Universiteit van Hamburg.
Deze waarneming maakt de onmiddellijke nabijheid van het centrale zwarte gat van M 87 de meest waarschijnlijke plaats voor de productie van VHE-gammastraling; andere structuren in de stralen van M 87 hebben de neiging grotere schalen te hebben. De fysica van de productieprocessen moet nog worden bepaald en volledig nieuwe mechanismen kunnen worden ingeroepen vanwege de nabijheid van het zwarte gat dat deze ontdekking door de H.E.S.S. team heeft aangetoond. Waarschijnlijk hebben we te maken met een ander productiemechanisme dan voor de Blazars, wiens straaljagers op ons gericht zijn. In dit gebied nabij het zwarte gat creëert de materie die uit het zwarte gat wordt geaccumuleerd ook de relativistische plasmastraal - een proces dat over het algemeen nog niet volledig wordt begrepen. Dat gammastraling uit dit gewelddadige gebied kan ontsnappen, lijkt misschien verrassend, maar is mogelijk omdat het zwarte gat in M 87 relatief minder materie ophoopt, vergeleken met andere zwarte gaten. Ook kan niet worden uitgesloten dat relativistische effecten, zoals die in andere extragalactische bronnen plaatsvinden, op een bepaald niveau bijdragen, maar aangezien de straal niet naar ons wijst, zijn grote relativistische effecten onwaarschijnlijk.
H.E.S.S. voorop lopen
Met deze en eerdere ontdekkingen van extragalactische bronnen, H.E.S.S. is toonaangevend in het begrijpen van de processen die betrokken zijn bij de manier waarop deze buitengewoon energetische fotonen worden geproduceerd. Het radiostelsel M 87 is een uitstekend laboratorium voor het bestuderen van de kern van deze sterrenstelsels, met hun superzware zwarte gaten die als motoren dienen om deeltjes te versnellen tot extreem hoge energieën, en daarbij VHE-gammastralen afgeven. Dit object kan worden bestudeerd en vergeleken met de meer talrijke, maar verder weg gelegen Blazars waar de straal ons zicht op de centrale bron belemmert. Voor M 87 weten we nu dat we een duidelijk zicht hebben op de centrale motor met H.E.S.S., wat leidt tot een beter begrip van alle extragalactische VHE-gammastralingbronnen.
Oorspronkelijke bron: Max Planck Society News Release
