Toen het gigantische radiostelsel Messier 87 (M 87) een stortvloed aan gammastraling en radioflux veroorzaakte, keek een internationale samenwerking van 390 wetenschappers toe. Ze rapporteren de ontdekking in het nummer van deze week Science Express.
De resultaten geven eerste experimenteel bewijs dat deeltjes worden versneld tot extreem hoge energieën in de directe omgeving van een superzwaar zwart gat en vervolgens de waargenomen gammastralen uitzenden. De gammastraling heeft een energie die een biljoen keer hoger is dan de energie van zichtbaar licht.
Matthias Beilicke en Henric Krawczynski, beiden natuurkundigen aan de Washington University in St. Louis, coördineerden het project met behulp van de Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) -samenwerking. De inspanning omvatte drie arrays van telescopen van 12 meter (39 voet) tot 17 meter (56 voet), die zeer energetische gammastraling detecteren, en de Very Long Baseline Array (VLBA) die radiogolven met hoge ruimtelijke detectie detecteert precisie.
“We hadden gammastraalwaarnemingen van M 87 gepland in nauwe samenwerking met de drie grote gammastraalobservatoria VERITAS, H.E.S.S. en MAGIC, en we hadden het geluk dat er een buitengewone gammastraaluitstraling was, net toen de bron werd waargenomen met de VLBA en zijn indrukwekkende ruimtelijke oplossende kracht, ”zei Beilicke.
"Alleen door de hoge-resolutie radio-waarnemingen te combineren met de VHE-gammastraling-waarnemingen konden we de plaats van de gammastraling-productie lokaliseren", voegde R. Craig Walker, stafwetenschapper bij de National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico, toe. .
M 87 bevindt zich op een afstand van 50 miljoen lichtjaar van de aarde in de Maagd-cluster van sterrenstelsels. Het zwarte gat in het midden van de M 87 is zes miljard keer zo zwaar als de zon.
De grootte van een niet-roterend zwart gat wordt gegeven door de Schwarzschild-straal. Alles - materie of straling - dat binnen één Schwarzschild-straal van het midden van het zwarte gat komt, wordt erdoor opgeslokt. De Schwarzschild-straal van het superzware zwarte gat in M 87 is vergelijkbaar met de straal van ons zonnestelsel.
In het geval van een aantal superzware zwarte gaten - zoals in M 87 - zorgt materie die in een baan rond het zwarte gat draait en deze nadert voor zeer relativistische uitstroom, de zogenaamde jets. De materie in de stralen verplaatst zich weg van het zwarte gat en ontsnapt aan zijn dodelijke zwaartekracht. De stralen zijn enkele van de grootste objecten in het heelal en ze kunnen vele duizenden lichtjaren reiken van de nabijheid van het zwarte gat tot het intergalactische medium.
Gamma-straling met zeer hoge energie van M 87 werd voor het eerst ontdekt in 1998 met de HEGRA Cherenkov-telescopen. "Maar zelfs vandaag de dag is M 87 een van de slechts ongeveer 25 bronnen buiten ons sterrenstelsel waarvan bekend is dat ze gammastralen van [zeer hoge energie] uitzenden", zegt Beilicke.
De nieuwe waarnemingen laten nu zien dat de deeltjesversnelling en de daaropvolgende emissie van gammastralen kunnen plaatsvinden in de zeer "binnenste straal", minder dan ongeveer 100 Schwarzschild-stralen verwijderd van het zwarte gat, wat een extreem smalle ruimte is in vergelijking met de totale omvang van de jet of de melkweg.
Naast VERITAS en de VLBA waren het High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) en de Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov (MAGIC) gammastraal-observatoria bij deze waarnemingen betrokken.
Bijschrift afbeelding leiden: Artists 'Conception of M87’s innerlijke kern: zwart gat, accretieschijf en binnenstralen. Krediet: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Tweede afbeelding: Grootschalig VLA-beeld van M87: Witte cirkel geeft het gebied aan waarbinnen de gammastraaltelescopen konden zien dat de zeer energetische gammastralen werden uitgezonden. Om de locatie verder te verfijnen, was de VLBA vereist. KREDIET: NRAO / AUI / NSF
Collage: Linksboven toont een VLA-beeld van de melkweg de radio-emitterende stralen op een schaal van ongeveer 200.000 lichtjaar. Daaropvolgende zoomlenzen komen dichter bij de kern van de melkweg, waar het superzware zwarte gat zich bevindt. In de conceptie van de kunstenaar (achtergrond). het in het midden afgebeelde zwarte gat is ongeveer tweemaal zo groot als ons zonnestelsel, een klein deel van de grootte van de melkweg, maar bevat ongeveer zes miljard keer de massa van de zon. Krediet: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Bronnen: Wetenschap en de National Radio Astronomy Observatory, via Eurekalert.
