De James Webb Space Telescope (JWST) heeft het duidelijkste beeld tot nu toe vastgelegd van de omgeving rond een superzwaar zwart gat, wat een belangrijk nieuw inzicht biedt in de manier waarop deze kosmische motoren groeien. De waarnemingen, gericht op het Circinus-sterrenstelsel op 14 miljoen lichtjaar afstand, laten zien dat de intense infrarode gloed die voorheen werd toegeschreven aan krachtige uitstromingen feitelijk afkomstig is van een dichte schijf van gas en stof die in het zwarte gat spiraalt. Deze bevinding daagt lang bestaande aannames uit over hoe actieve zwarte gaten functioneren en hun rol in de evolutie van sterrenstelsels.
Onthulling van de innerlijke werking van het zwarte gat
Tientallen jaren lang geloofden astronomen dat een groot deel van de infraroodstraling nabij actieve zwarte gaten afkomstig was van materiaal dat met geweld naar buiten werd geslingerd. De infraroodbeelden met hoge resolutie van JWST hebben nu echter aangetoond dat de dominante bron van deze energie een afgeplatte schijf van heet stof en gas is die rechtstreeks het zwarte gat voedt. Deze schijf, bekend als torus, omvat ongeveer 87% van de waargenomen infraroodemissie.
Het team, onder leiding van Enrique Lopez-Rodriguez van de Universiteit van South Carolina, gebruikte een gespecialiseerde hoogcontrastmodus op JWST, waardoor het oplossend vermogen van de telescoop effectief werd verdubbeld van 6,5 naar 13 meter. Hierdoor konden ze structuren in het centrum van de Melkweg isoleren en in kaart brengen die voorheen verborgen waren door het omringende stof. Het resultaat: een gedetailleerd beeld van de accretieschijf van het zwarte gat, die fungeert als het primaire reservoir van materiaal dat naar binnen wordt getrokken.
Uitdagende oude modellen
Eerdere telescopen misten de resolutie om onderscheid te maken tussen het licht dat werd uitgezonden door de accretieschijf, de stoffige torus en de uitstromen, waardoor ze in één enkele onopgeloste bron werden samengevoegd. Het vermogen van JWST om deze componenten te scheiden is transformatief. Slechts ongeveer 1% van de infraroodemissie is afkomstig van een zwakke uitstroom, wat erop wijst dat de uitstroom van zwarte gaten een ondergeschikte rol speelt in het totale energiebudget vergeleken met het invallende materiaal. De resterende 12% is afkomstig van stof verder weg, verwarmd door de straling van het zwarte gat.
Implicaties voor de evolutie van sterrenstelsels
Het begrijpen van de groei van zwarte gaten is van fundamenteel belang om te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren. Terwijl zwarte gaten zich voeden, kunnen ze enorme energie vrijgeven, die de vorming van sterren onderdrukt of stimuleert en de algehele structuur van het sterrenstelsel vormgeeft. Door het materiaal dat naar binnen valt duidelijk te scheiden van het stof dat naar buiten wordt geduwd, bieden deze nieuwe waarnemingen kritisch inzicht in dit proces.
“We hebben een statistisch monster van zwarte gaten nodig, misschien een dozijn of twintig, om te begrijpen hoe de massa in hun accretieschijven en hun uitstroom zich verhouden tot hun kracht”, legde Lopez-Rodriguez uit.
Het onderzoeksteam is van plan deze techniek toe te passen op andere nabijgelegen zwarte gaten, met als doel een uitgebreid beeld te krijgen van hoe deze kosmische reuzen groeien en hun gaststelsels beïnvloeden. Er wordt aangenomen dat de stoffige torus die in Circinus is waargenomen veel voorkomt onder actieve zwarte gaten, waardoor dit een cruciale stap is in de richting van het ontrafelen van de mysteries van de evolutie van sterrenstelsels.
