Een extra inspanning leveren om een vage, gigantische kurkentrekker af te beelden die is opgespoord door snelle protonen en elektronen die zijn afgeschoten door een mysterieuze microquasar, heeft zijn vruchten afgeworpen voor een paar astrofysici die nieuwe inzichten hebben verkregen in de innerlijke werking van het beest en ook een langdurig geschil over de afstand van het object hebben opgelost.
De astrofysici gebruikten de Very Large Array (VLA) -radiotelescoop van de National Science Foundation om de kleinste details tot nu toe vast te leggen in de plasmastralen die uit de microquasar SS 433 kwamen, een object dat ooit het 'raadsel van de eeuw' werd genoemd. Als gevolg hiervan hebben ze het begrip van wetenschappers over de straalvliegtuigen veranderd en de controverse over de afstand ervan opgelost 'buiten alle redelijke twijfel', zeiden ze.
SS 433 is een neutronenster of zwart gat in een baan om een 'normale' metgezel. De krachtige zwaartekracht van de neutronenster of het zwarte gat trekt materiaal van de stellaire wind van zijn metgezel in een aanwasschijf van materiaal die het dichte centrale object strak omcirkelt voordat het erop wordt getrokken. Deze schijf stuwt stralen van snelle protonen en elektronen naar buiten vanaf zijn polen met ongeveer een kwart van de lichtsnelheid. De schijf in SS 433 wiebelt als de top van een kind, waardoor de stralen elke 162 dagen een kurkentrekker in de lucht volgen.
De nieuwe VLA-studie geeft aan dat de snelheid van de uitgestoten deeltjes in de tijd varieert, in tegenstelling tot het traditionele model voor SS 433.
'We ontdekten dat de werkelijke snelheid varieert tussen 24 procent en 28 procent van de lichtsnelheid, in plaats van constant te blijven', zegt Katherine Blundell van de Universiteit van Oxford in het Verenigd Koninkrijk. "Verbazingwekkend genoeg veranderen de jets die in beide richtingen gaan tegelijkertijd hun snelheden en produceren ze op elk moment identieke snelheden in beide richtingen," voegde Blundell toe. Blundell werkte samen met Michael Bowler, ook uit Oxford. De bevindingen van de wetenschappers zijn geaccepteerd door de Astrophysical Journal Letters.
De nieuwe VLA-afbeelding toont twee volledige omwentelingen van de kurkentrekker van de jets aan beide zijden van de kern. Het analyseren van de afbeelding toonde aan dat als materiaal met een constante snelheid uit de kern kwam, de straalpaden niet nauwkeurig overeenkwamen met de details van de afbeelding.
"Door ejecties met verschillende snelheden te simuleren, konden we een exacte match maken met de waargenomen structuur", legde Blundell uit. De wetenschappers deden eerst hun match met een van de jets. "We waren toen verbluft toen we zagen dat de variërende snelheden die overeenkwamen met de structuur van één jet, ook precies het pad van de andere jet reproduceerden", zei Blundell. Door de snelheden in de twee stralen aan te passen, werd de waargenomen structuur gereproduceerd, zelfs rekening houdend met het feit dat, omdat de ene straal dichter bij ons vandaan beweegt dan de andere, het langer duurt om ons er vanaf te bereiken, voegde ze eraan toe.
De astrofysici speculeren dat de veranderingen in de uitwerpsnelheid kunnen worden veroorzaakt door veranderingen in de snelheid waarmee materiaal wordt overgedragen van de begeleidende ster naar de accretieschijf.
Dankzij het gedetailleerde nieuwe VLA-beeld konden de astrofysici ook vaststellen dat SS 433 bijna 18.000 lichtjaar van de aarde verwijderd was. Eerdere schattingen hadden het object in het sterrenbeeld Aquila bijna 10.000 lichtjaar. Een nauwkeurige afstand, zeiden de wetenschappers, stelt hen nu in staat om de ouderdom van de puinschil beter te bepalen die is uitgeblazen door de supernova-explosie die het dichte, compacte object in de microquasar heeft gecreëerd. Door de afstand nauwkeurig te kennen, kunnen ze ook de werkelijke helderheid van de componenten van de microquasar meten, en dit, zeiden ze, verbetert hun begrip van de fysieke processen in het systeem.
Het baanbrekende beeld is gemaakt met behulp van 10 uur observatietijd met de VLA in een configuratie die het vermogen van de VLA om fijne details te zien maximaliseert. Het vertegenwoordigt de langste "tijdsbelichting" van SS 433 op radiogolflengten en vertoont dus de kleinste details. Het vertegenwoordigt ook het beste beeld dat met de huidige technologie kan worden gemaakt. Omdat de jets in SS 433 bewegen, zou hun beeld bij een langere waarneming worden "uitgesmeerd". Om nog zwakkere details in de jets te zien, moeten de astrofysici wachten op de grotere gevoeligheid van de uitgebreide VLA, die over een paar jaar beschikbaar zal komen.
SS 433 was het eerste voorbeeld van wat nu microquasars worden genoemd, binaire systemen met ofwel een neutronenster of een zwart gat in een baan om een andere ster, en stralen met hoge snelheden materiaal uit. Het vreemde sterrenstelsel kreeg eind jaren zeventig en begin jaren tachtig veel media-aandacht. Een Sky & Telescope-artikel uit 1981 had de titel 'SS 433 - Enigma of the Century'.
Omdat wordt aangenomen dat microquasars in ons eigen Melkwegstelsel hun hogesnelheidsstralen materiaal produceren door middel van processen die vergelijkbaar zijn met die welke stralen produceren uit de kernen van sterrenstelsels, dienen de nabijgelegen microquasars als een handig 'laboratorium' voor het bestuderen van de fysica van stralen. De microquasars zijn dichterbij en vertonen sneller veranderingen dan hun grotere neven.
Katherine Blundell is een University Research Fellow, gefinancierd door de Britse Royal Society.
De National Radio Astronomy Observatory is een faciliteit van de National Science Foundation en wordt beheerd in samenwerking met Associated Universities, Inc.
Oorspronkelijke bron: NRAO-persbericht
