Afbeelding tegoed: ESO
Waarnemingen met de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van de ESO Paranal Observatory (Chili), die een oude droom van astronomen vervulden, hebben het nu mogelijk gemaakt om een duidelijk beeld te krijgen van de directe omgeving van het zwarte gat in het centrum van een actief sterrenstelsel . De nieuwe resultaten hebben betrekking op het spiraalstelsel NGC 1068, dat zich op een afstand van ongeveer 50 miljoen lichtjaar bevindt.
Ze tonen een configuratie van relatief warm stof (ongeveer 50 ° C) van 11 lichtjaar breed en 7 lichtjaar dik, met een binnenste, warmere zone (500 ° C), ongeveer 2 lichtjaar breed.
Deze beeldvorming en spectrale waarnemingen bevestigen de huidige theorie dat zwarte gaten in de centra van actieve sterrenstelsels zijn gehuld in een dikke donutvormige structuur van gas en stof die een 'torus' wordt genoemd.
Voor deze baanbrekende studie, het eerste in zijn soort van een extragalactisch object door middel van lange baseline infrarood interferometrie, gebruikte een internationaal team van astronomen [2] het nieuwe MIDI-instrument in het VLTI-laboratorium. Het is ontworpen en gebouwd in samenwerking tussen Duitse, Nederlandse en Franse onderzoeksinstituten [3].
Door het licht van twee 8,2 m VLT-telescopen tijdens twee observatieruns in respectievelijk juni en november 2003 te combineren, werd een maximale resolutie van 0,013 boogsec bereikt, wat overeenkomt met ongeveer 3 lichtjaar op afstand van NGC 1068. Infraroodspectra van de centrale gebied van dit sterrenstelsel werd verkregen dat aangeeft dat het verhitte stof waarschijnlijk een aluminiumsilicaatsamenstelling heeft.
De nieuwe resultaten worden gepubliceerd in een onderzoeksartikel dat verschijnt in het nummer van 6 mei 2004 van het internationale onderzoekstijdschrift Nature.
NGC 1068 - een typisch actief sterrenstelsel
Actieve sterrenstelsels behoren tot de meest spectaculaire objecten aan de hemel. Hun compacte kernen (AGN = Active Galaxy Nuclei) zijn zo lichtgevend dat ze het hele sterrenstelsel kunnen overtreffen; 'Quasars' vormen extreme gevallen van dit fenomeen. Deze kosmische objecten vertonen over het hele elektromagnetische spectrum veel interessante waarnemingskarakteristieken, variërend van radio- tot röntgenstraling.
Er zijn nu veel aanwijzingen dat de ultieme krachtcentrale van deze activiteiten zijn oorsprong vindt in superzware zwarte gaten met massa's tot duizenden miljoenen keren de massa van onze zon, vgl. bijvoorbeeld ESO PR 04/01. Die in het Melkwegstelsel heeft slechts ongeveer 3 miljoen zonsmassa's, vgl. ESO PR 17/02. Het zwarte gat wordt verondersteld te worden gevoed door een strak opgewonden aanwasschijf van gas en stof eromheen. Materiaal dat naar zulke zwarte gaten valt, wordt samengeperst en verhit tot enorme temperaturen. Dit hete gas straalt een enorme hoeveelheid licht uit, waardoor de kern van het actieve sterrenstelsel zo helder schijnt.
NGC 1068 (ook bekend als Messier 77) is een van de helderste en meest nabije actieve sterrenstelsels. Gelegen in het sterrenbeeld Cetus (The Whale) op een afstand van ongeveer 50 miljoen lichtjaar, lijkt het een vrij normaal, geblokkeerd spiraalstelsel. De kern van dit sterrenstelsel is echter zeer lichtgevend, niet alleen in optisch, maar ook in ultraviolet en röntgenlicht. Een zwart gat met een massa equivalent aan ongeveer 100 miljoen keer de massa van onze zon is nodig om de nucleaire activiteit in NGC 1068 te verklaren.
De VLTI-waarnemingen
In de nachten van 14 op 16 juni 2003 voerde een team van Europese astronomen [2] een eerste reeks waarnemingen uit om het wetenschappelijke potentieel van het nieuw geïnstalleerde MIDI-instrument op de VLTI te verifiëren. Ze bestudeerden ook het actieve sterrenstelsel NGC 1068. Al bij deze eerste poging was het mogelijk om details nabij het centrum van dit object te zien, vgl. ESO PR 17/03.
MIDI is gevoelig voor licht met een golflengte van ongeveer 10 urn, dat wil zeggen in het midden-infrarode spectrale gebied ("thermisch infrarood"). Met afstanden tussen de bijdragende telescopen ("basislijnen") tot 200 m, kan MIDI een maximale hoekresolutie (beeldscherpte) bereiken van ongeveer 0,01 boogsec. Even belangrijk is dat MIDI, door de lichtbundels van twee 8,2-meter VLT Unit-telescopen te combineren, nu voor het eerst infraroodinterferometrie kan uitvoeren van relatief zwakke objecten buiten ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.
Met zijn hoge gevoeligheid voor thermische straling is MIDI bij uitstek geschikt om materiaal te bestuderen in de sterk verduisterde gebieden nabij een centraal zwart gat en verwarmd door zijn ultraviolette en optische straling. De door de stofkorrels geabsorbeerde energie wordt vervolgens opnieuw uitgestraald bij langere golflengten in het thermische infrarood spectrale gebied tussen 5 en 100 urn.
De centrale regio in NGC 1068
In november 2003 werden aanvullende interferometrische waarnemingen gedaan op een basislijn van 42 m. Na een zorgvuldige analyse van alle gegevens hebben de bereikte ruimtelijke resolutie (beeldscherpte) en de gedetailleerde spectra de astronomen in staat gesteld de structuur van het centrale gebied van NGC 1068 te bestuderen.
Ze detecteren de aanwezigheid van een binnenste, relatief "hete" stofwolk, verwarmd tot ongeveer 500 ° C en met een diameter gelijk aan of kleiner dan de bereikte beeldscherpte, d.w.z. ongeveer 3 lichtjaar. Het is omgeven door een koeler, stoffig gebied, met een temperatuur van ongeveer 50 ° C, een afmeting van 11 lichtjaar in doorsnede en ongeveer 7 lichtjaar dik. Dit is waarschijnlijk de voorspelde centrale, schijfvormige wolk die rond het zwarte gat draait.
De vergelijkende dikte van de waargenomen structuur (de dikte is ~ 65% van de diameter) is van bijzonder belang omdat het alleen stabiel kan blijven als het wordt onderworpen aan een continue injectie van bewegingsenergie ("kinetische"). Geen van de huidige modellen van centrale regio's in actieve sterrenstelsels geeft hiervan een overtuigende verklaring.
De MIDI-spectra, die het golflengte-interval van 8 - 13,5 urn bestrijken, geven ook informatie over de mogelijke samenstelling van de stofkorrels. Het meest waarschijnlijke bestanddeel is calciumaluminiumsilicaat (Ca2Al2SiO7), een soort op hoge temperatuur die ook voorkomt in de buitenatmosfeer van sommige superreuzen. Toch kunnen deze proefobservaties andere soorten niet-olivijnstof niet definitief uitsluiten.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
