ESO’s Very Large Telescope Interferometer heeft de meest gedetailleerde waarnemingen verzameld die ooit van het stof rond het enorme zwarte gat in het centrum van een actief sterrenstelsel zijn gedaan. Verwacht werd dat al het gloeiende stof rond het zwarte gat een donutvormige ring zou vormen. Maar in plaats daarvan ontdekten de astronomen dat veel van het stof zich boven en onder de ring bevindt.
Uit de waarnemingen blijkt dat stof als een koele wind van het zwarte gat weg wordt geduwd – een verrassende ontdekking die de huidige theorieën over de evolutie van superzware zwarte gaten en hun interactie met hun omgeving onder druk zet. In de afgelopen twintig jaar hebben astronomen ontdekt dat bijna alle sterrenstelsels een enorm zwart gat in hun centrum hebben. Sommige van deze zwarte gaten groeien door materie uit hun omgeving aan te trekken, een proces waarbij de meest energierijke objecten in het heelal ontstaan: actieve galactische kernen (AGN’s). De centrale delen van deze heldere krachtpatsers zijn omringd door ‘donuts’ van kosmisch stof [1] dat uit de omringende ruimte is opgeslokt, vergelijkbaar met de kleine draaikolk van water die ontstaat rond het afvoerputje van een gootsteen. Vermoed werd dat de sterke infrarode straling die AGN’s produceren grotendeels van deze donuts afkomstig is.
Maar nieuwe waarnemingen van het nabije actieve sterrenstelsel NGC 3783, met de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili [2], hebben een verrassing opgeleverd. Hoewel het hete stof – met temperaturen van 700 tot 1000 graden Celsius – inderdaad de verwachte ring vormt, zijn boven en onder de hoofdring enorme hoeveelheden koeler stof ontdekt [3].
In de woorden van Sebastian Hönig (Universiteit van Californië in Santa Barbara, VS, en Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Duitsland), hoofdauteur van het artikel waarin de nieuwe resultaten worden gepresenteerd: ‘Dit is de eerste keer dat we gedetailleerde midden-infraroodwaarnemingen van stof bij kamertemperaturen hebben kunnen combineren met vergelijkbaar gedetailleerde waarnemingen van het zeer hete stof rond een AGN. Dit heeft tevens de grootste verzameling infrarood-interferometrie van een AGN opgeleverd die tot nu toe is gepubliceerd.’
Het nu ontdekte stof vormt een koele ‘wind’ die van het zwarte gat af stroomt. Deze wind speelt ongetwijfeld een belangrijke rol in de gecompliceerde relatie tussen het zwarte gat en zijn omgeving. Het zwarte gat voedt zijn onverzadigbare honger met materiaal uit de nabije omtrek, maar de intense straling die hierbij ontstaat lijkt ook materiaal weg te blazen. Het is nog onduidelijk wat het nettoresultaat van deze twee processen is en wat dit betekent voor de groei en ontwikkeling van de superzware zwarte gaten in sterrenstelsels, maar het bestaan van een stoffige wind vormt een complicerende factor.
Om de centrale delen van NGC 3783 te onderzoeken, hadden de astronomen de vereende kracht van enkele telescopen van ESO’s Very Large Telescope nodig. Door deze telescopen samen te gebruiken ontstaat een interferometer met een beeldscherpte die gelijk is aan die van een 130-meter telescoop.
Een ander teamlid, Gerd Weigelt (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), legt uit: ‘Door het enorme lichtopvangende vermogen van de VLT met behulp van interferometrie te combineren, zijn we in staat om zwakke objecten waar te nemen. Daarbij kunnen we in sterrenstelsels op tientallen miljoenen lichtjaren afstand gebieden onderzoeken die niet groter zijn dan de afstand tussen onze zon en haar naaste buurster. Geen enkel ander optisch of infrarood-instrument ter wereld is daar momenteel toe in staat.’
Deze nieuwe waarnemingen kunnen leiden tot een aardverschuiving in het onderzoek van AGN’s. Ze vormen het directe bewijs dat stof door de intense straling wordt weggeduwd. Modellen van hoe het stof is verdeeld en hoe superzware zwarte gaten groeien en evolueren zullen voortaan rekening moeten houden met dit pas ontdekte effect.
Hönig concludeert: ‘Ik kijk nu echt uit naar MATISSE, die ons in staat zal stellen om alle vier de VLT-telescopen tegelijk te combineren en gelijktijdig waarnemingen te doen in het nabij- en midden-infrarood. Dat levert veel gedetailleerde gegevens op.’ MATISSE, een tweedegeneratie-instrument voor de VLTI, is momenteel in aanbouw.
Noten
[1] Kosmisch stof bestaat uit silicaat- en grafietdeeltjes – mineralen die ook op aarde veel voorkomen. Het roet van een kaars is vergelijkbaar met kosmisch grafietstof, hoewel roetdeeltjes minstens tien keer zo groot zijn als het gemiddelde kosmische grafietdeeltje.
[2] De VLTI bestaat uit een combinatie van de vier 8,2-meter VLT-telescopen of de vier verplaatsbare 1,8-meter VLT-hulptelescopen. Hij maakt gebruik van interferometrie, een techniek waarbij geavanceerde apparatuur het licht van verschillende telescopen tot één waarneming combineert. Hoewel zij gewoonlijk geen echte beelden oplevert, kan met deze techniek de gedetailleerdheid van de resulterende waarnemingen drastisch worden verbetert – tot een niveau dat vergelijkbaar is met wat een ruimtetelescoop met een diameter van meer dan honderd meter zou meten.
[3] Het hetere stof werd op nabij-infrarode golflengten in kaart gebracht met behulp van het VLTI-instrument AMBER. Bij de nieuwere waarnemingen waarvan hier verslag wordt gedaan is gebruik gemaakt van het MIDI-instrument op golflengten tussen 8 en 13 micron in het midden-infrarood.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei’, door S. Hönig et al., dat op 20 juni 2013 in de Astrophysical Journal verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit S.F. Hönig (Universiteit van Californië in Santa Barbara, VS [UCSB]; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Duitsland), M. Kishimoto (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland [MPIfR]), K.R.W. Tristram (MPIfR), M.A. Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanje), P. Gandhi (Institute of Space and Astronautical Science, Kanawaga, Japan; Universiteit van Durham, VK), D. Asmus (MPIfR), R. Antonucci (UCSB), L. Burtscher (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), W.J. Duschl (Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Duitsland) en G. Weigelt (MPIfR).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
Bron: ESO
