De superzware zwarte gaten in de kernen van de meeste massieve sterrenstelsels veroorzaken grote schade aan hun directe omgeving. Tijdens hun meest actieve fasen - wanneer ze ontbranden als lichtgevende quasars - lanceren ze extreem krachtige en snelle gasstromen.
Deze uitstroom kan materiaal opvegen en verwarmen en een cruciale rol spelen bij de vorming en evolutie van enorme sterrenstelsels. Astronomen hebben ze niet alleen in het zichtbare heelal waargenomen, ze spelen ook een belangrijk ingrediënt in theoretische modellen.
Maar de fysieke aard van de uitstromen zelf is een al lang bestaand mysterie. Welk fysiek mechanisme zorgt ervoor dat gas zulke hoge snelheden bereikt en in sommige gevallen wordt verdreven uit de melkweg?
Een nieuwe studie levert het eerste directe bewijs dat deze uitstroom wordt versneld door energetische stralen die worden geproduceerd door het superzware zwarte gat.
Met behulp van de Very Large Telescope in Chili observeerde een team van astronomen onder leiding van Clive Tadhunter van de Sheffield University het nabijgelegen actieve sterrenstelsel IC 5063. Op locaties in de melkweg waar de stralen de gebieden met dicht gas beïnvloeden, beweegt het gas met buitengewone snelheden van meer dan 600.000 mijl per uur.
"Veel van het gas in de uitstroom is in de vorm van moleculaire waterstof, die kwetsbaar is in die zin dat het bij relatief lage energieën wordt vernietigd", zei Tadhunter in een persbericht. “Ik vind het buitengewoon dat het moleculaire gas kan overleven terwijl het wordt versneld door stralen van zeer energetische deeltjes die met de snelheid van het licht bewegen.
Terwijl de stralen door de galactische materie reizen, verstoren ze het omringende gas en genereren ze schokgolven. Deze schokgolven versnellen niet alleen het gas, maar verwarmen het ook. Het team schat dat de schokgolven het gas verwarmen tot temperaturen die hoog genoeg zijn om het gas te ioniseren en de moleculen te scheiden. Moleculaire waterstof wordt alleen gevormd in het aanzienlijk koelere gas na schok.
'We vermoedden dat de moleculen zich hadden moeten kunnen hervormen nadat het gas volledig van slag was geraakt door de interactie met een snelle plasmastraal', zegt Raffaella Morganti van het Kapteyn Institute Groningen University. “Onze directe waarnemingen van het fenomeen hebben bevestigd dat deze extreme situatie inderdaad kan voorkomen. Nu moeten we werken aan het beschrijven van de exacte fysica van de interactie. '
In de interstellaire ruimte vormt zich moleculaire waterstof op het oppervlak van stofdeeltjes. Maar in dit scenario is het stof waarschijnlijk vernietigd in de intense schokgolven. Hoewel het mogelijk is om moleculaire waterstof te vormen zonder behulp van stofkorrels (zoals te zien in het vroege heelal), is het exacte mechanisme in dit geval nog onbekend.
Het onderzoek helpt bij het beantwoorden van een al lang bestaande vraag - het eerste directe bewijs dat straaljagers de moleculaire uitstroom in actieve sterrenstelsels versnellen - en stelt nieuwe.
De resultaten zijn gepubliceerd in Nature en zijn online beschikbaar.
