Een internationaal team van astronomen, dat gebruik maakt van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), is getuige geweest van een kosmisch ‘weersverschijnsel’ dat nooit eerder is waargenomen: het neerregenen van intergalactische gaswolken op het superzware zwarte gat in het centrum van een enorm sterrenstelsel op een miljard lichtjaar van de aarde. De resultaten zullen op 9 juni 2016 verschijnen in het tijdschrift Nature.
De nieuwe ALMA-waarneming is het eerste directe bewijs dat heet intergalactisch gas kan condenseren tot koude, dichte wolken, die vervolgens het hart van een sterrenstelsel in duiken om het daar aanwezige superzware zwarte gat te voeden. Dat geeft een nieuwe kijk op het zogeheten accretieproces dat superzware zwarte gaten van voedsel voorziet. Tot nog toe gingen astronomen ervan uit dat de superzware zwarte gaten in de grootste sterrenstelsels op een traag, maar constant dieet van heet gas staan – gas dat afkomstig is uit de halo van het sterrenstelsel. De nieuwe ALMA-waarnemingen laten zien dat, wanneer de intergalactische weersomstandigheden zich daartoe lenen, zwarte gaten zich ook kunnen voeden met een klonterige, chaotisch stortbui van reusachtige wolken van zeer koud moleculair gas.
‘Hoewel het proces al enkele jaren op theoretische gronden wordt voorspeld, is dit een van de eerste ondubbelzinnige observationele bewijzen voor de chaotische koude ‘douche’ waar superzware zwarte gaten zich mee kunnen voeden,’ zegt Grant Tremblay, een astronoom aan de Yale Universiteit in New Haven (Connecticut, VS), voormalig ESO-postdoc en hoofdauteur van het nieuwe artikel. ‘Het is een spannend idee dat we hier wellicht echt getuige zijn van een stortbui van galactische proporties dat een zwart gat van 300 miljoen zonsmassa’s voedt.’ Tremblay en zijn team hebben ALMA gebruikt om een ongewoon heldere cluster van ongeveer vijftig sterrenstelsels te onderzoeken, die bekendstaat als Abell 2597. In het centrum ervan staat een zwaar elliptisch stelsel dat simpelweg de ‘Abell 2597 Brightest Cluster Galaxy’ wordt genoemd. De ruimte tussen de sterrenstelsels is gevuld met een ijle atmosfeer van heet geïoniseerd gas, dat eerder is waargenomen met NASA’s röntgensatelliet Chandra.
‘Dit extreem hete gas kan snel afkoelen, condenseren en neerregenen, eigenlijk net zoals uit warme, vochtige lucht in de aardatmosfeer regenwolken en neerslag kunnen ontstaan,’ zegt Tremblay. ‘De aldus gecondenseerde wolken regenen neer op het sterrenstelsel, waar ze de vorming van nieuwe sterren stimuleren en dit superzware zwarte gat voeden.’ Dat is precies het scenario dat de onderzoekers nabij het centrum van dit sterrenstelsel hebben waargenomen: drie grote massa’s koud gas die met ongeveer een miljoen kilometer per uur naar het superzware zwarte gat in de kern van het stelsel toe razen. Elk van deze gaswolken bevat evenveel materie als een miljoen zonnen en is tientallen lichtjaren groot.
Normaal gesproken zijn objecten van die afmetingen moeilijk waarneembaar op deze enorme kosmische afstanden, zelfs voor het scherpe ‘oog’ van ALMA. Ze zijn verraden door de miljarden lichtjaren lange ‘schaduwen’ die ze over de aarde werpen [1]. Aanvullende gegevens van de Very Long Baseline Array van de National Science Foundation wijzen erop dat de gaswolken die met ALMA zijn waargenomen slechts ongeveer 300 lichtjaar van het centrale zwarte gat verwijderd zijn. Naar astronomische maatstaven staan ze in feite op het punt om opgeslokt te worden.
Hoewel ALMA slechts drie koude gaswolken in de buurt van het zwarte gat heeft kunnen detecteren, vermoeden de astronomen dat er in deze omgeving nog duizenden van zulke wolken te vinden zijn. Dat zou betekenen dat het zwarte gat nog lang is verzekerd van een gestage aanvoer van brandstof. De astronomen zijn nu van plan om ALMA in te zetten voor een zoektocht naar deze ‘stortbuien’ bij andere sterrenstelsels, om te kunnen vaststellen of zulk kosmisch weer zo gewoon is als de huidige theorie aangeeft.
Noten
[1] Deze schaduwen ontstaan wanneer de heldere millimeter-straling afkomstig van elektronen die rond magnetische velden in de onmiddellijke nabijheid van het superzware zwarte gat spiralen, voor een deel wordt tegengehouden door toestromende, ondoorzichtige gaswolken.
Meer info
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘Cold, clumpy accretion onto an active supermassive black hole’, van Grant R. Tremblay et al., dat op 9 juni 2016 in het tijdschrift Nature verschijnt.Het onderzoeksteam bestaat uit Grant R. Tremblay (Yale University, New Haven, Connecticut, VS; ESO, Garching, Duitsland), J.B. Raymond Oonk (ASTRON, Nederlands Instituut voor Radioastronomie, Dwingeloo; Sterrenwacht Leiden, Universiteit Leiden), Françoise Combes (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne University, Parijs, Frankrijk), Philippe Salomé (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne University, Parijs, Frankrijk), Christopher O’Dea (University of Manitoba, Winnipeg, Canada; Rochester Institute of Technology, Rochester, New York, VS), Stefi A. Baum (University of Manitoba, Winnipeg, Canada; Rochester Institute of Technology, Rochester, New York, VS), G. Mark Voit (Michigan State University, East Lansing, Michigan, VS), Megan Donahue (Michigan State University, East Lansing, Michigan, VS), Brian R. McNamara (Waterloo University, Waterloo, Ontario, Canada), Timothy A. Davis (Cardiff University, Cardiff, VK; ESO, Garching, Duitsland), Michael A. McDonald (Kavli Institute for Astrophysics & Space Research, MIT, Cambridge, Massachusetts, VS), Alastair C. Edge (Durham University, Durham, VK), Tracy E. Clarke (Naval Research Laboratory Remote Sensing Division, Washington DC, VS), Roberto Galván-Madrid (Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM, Morelia, Michoacan, Mexico; ESO, Garching, Duitsland), Malcolm N. Bremer (University of Bristol, Bristol, VK), Louise O.V. Edwards (Yale University, New Haven, Connecticut, VS), Andrew C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge University, Cambridge, VK), Stephen Hamer (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne University, Parijs, Frankrijk), Yuan Li (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, VS ), Anaëlle Maury (Laboratoire AIMParis-Saclay, CEA/DSM/Irfu CNRS, University Paris Diderot, CE-Saclay, Gif-sur-Yvette, Frankrijk), Helen Russell (Institute of Astronomy, Cambridge University, Cambridge, VK), Alice C. Quillen (University of Rochester, Rochester, New York, VS), C. Megan Urry (Yale University, New Haven, Connecticut, VS), Jeremy S. Sanders (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Duitsland) en Michael Wise (ASTRON, Nederlands Instituut voor Radioastronomie, Dwingeloo).
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de National Science Foundation (NSF) van de VS, de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO, namens haar lidstaten, door NSF, in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en door NINS, in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).
De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO, namen haar lidstaten; door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), namens Noord-Amerika, en door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), namens Oost-Azië. De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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 specifiek 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. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
