“We denken dat we hier een hete gasbel zien die in een baan ter grootte van de omloopbaan van de planeet Mercurius om Sagittarius A* cirkelt, en in slechts ongeveer zeventig minuten een volledige omloop maakt. Dat betekent dat hij met ongeveer dertig procent van de lichtsnelheid beweegt – een verbluffende snelheid!”, zegt Maciek Wielgus.
De waarnemingen zijn gedaan tijdens een campagne van de Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, bedoeld om zwarte gaten in beeld te brengen, met de radiotelescoop ALMA in de Chileense Andes, die mede-eigendom is van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). In april 2017 koppelde de EHT wereldwijd acht bestaande radiotelescopen, waaronder ALMA, aan elkaar, wat resulteerde in de recent gepresenteerde eerste opname die ooit van Sagittarius A* is gemaakt. Om de EHT-gegevens te kalibreren, gebruikten Wielgus en zijn collega’s, die lid zijn van de EHT Collaboration, ALMA-gegevens die gelijktijdig met de EHT-waarnemingen van Sagittarius A* werden verkregen. Tot verrassing van het team zaten er in de ALMA-metingen meer aanwijzingen over de aard van het zwarte gat verstopt.
Bij toeval werden enkele van de waarnemingen gedaan kort nadat een uitbarsting van röntgenenergie was uitgezonden vanuit het centrum van ons sterrenstelsel, die werd opgemerkt door de NASA-ruimtetelescoop Chandra. Zulke uitbarstingen, die ook eerder al zijn waargenomen met röntgen- en infraroodtelescopen, worden in verband gebracht met zogeheten ‘hotspots’: hete gasbellen die met hoge snelheid dicht om het zwarte gat cirkelen.
‘Wat echt nieuw en interessant is, is dat zulke vlammen tot nu toe alleen duidelijk te zien waren in röntgen- en infraroodwaarnemingen van Sagittarius A*. Hier zien we voor het eerst een zeer sterke aanwijzing dat ronddraaiende hotspots ook op radiogolflengten waarneembaar zijn,’ zegt Wielgus, die tevens verbonden is aan het Nicolaus Copernicus Astronomisch Centrum in Polen en het Black Hole Initiative van de Harvard Universiteit (VS).
“Misschien zijn deze op infrarood-golflengten waargenomen hotspots een manifestatie van één en hetzelfde natuurkundige verschijnsel: als infrarood stralende hotspots afkoelen, worden ze vanzelf zichtbaar op langere golflengten, zoals die door ALMA en de EHT worden waargenomen,” voegt Jesse Vos, die als promovendus aan de Radboud Universiteit bij dit onderzoek betrokken was, daaraan toe.
Al geruime tijd bestond het vermoeden dat de uitbarstingen het gevolg zijn van magnetische interacties in het zeer hete gas dat in een baan rond Sagittarius A* draait, en de nieuwe bevindingen bevestigen dit. “We hebben nu sterke aanwijzingen gevonden voor een magnetische oorsprong van deze uitbarstingen en onze waarnemingen geven ons een indicatie van de geometrie van het proces. De nieuwe gegevens zijn uiterst nuttig voor het opbouwen van een theoretische interpretatie van deze gebeurtenissen,” zegt medeauteur Monika Mościbrodzka van de Radboud Universiteit.
Met ALMA kunnen astronomen de gepolariseerde radiostraling van Sagittarius A* onderzoeken, die kan worden gebruikt om het magnetische veld van het zwarte gat bloot te leggen. In combinatie met theoretische modellen heeft het team deze waarnemingen gebruikt om meer te weten te komen over de vorming van de hotspot en de omgeving waarin deze is ingebed, met inbegrip van het magnetische veld rond Sagittarius A*. Hun onderzoek legt sterkere grenzen op aan de vorm van dit magnetische veld dan eerdere waarnemingen en helpt astronomen de aard van ons zwarte gat en zijn omgeving te ontraadselen.
De waarnemingen bevestigen enkele van de eerdere ontdekkingen van het GRAVITY-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT), dat in het infrarood waarneemt. De gegevens van GRAVITY en ALMA suggereren beide dat de uitbarstingen plaatsvinden in een samenballing van gas die met ongeveer dertig procent van de lichtsnelheid met de klok mee om het zwarte gat draait, waarbij de omloopbaan van de hotspot vrijwel loodrecht op onze gezichtslijn ligt.
‘In de toekomst zouden we in staat moeten zijn om de hotspots door middel van gecoördineerde waarnemingen met zowel GRAVITY als ALMA op verschillende frequenties te volgen – als deze onderneming slaagt zou dat echt een mijlpaal zijn voor ons begrip van de fysica van de uitbarstingen in het Melkwegcentrum,’ zegt Ivan Marti-Vidal van de Universiteit van València in Spanje, mede-auteur van het onderzoek.
Het team hoopt de rondcirkelende samenballing van gas ook rechtstreeks te kunnen waarnemen met de EHT, om zo steeds dichter bij het zwarte gat te komen en er meer over te leren. “Hopelijk kunnen we op een dag met een gerust hart zeggen dat we ‘weten’ wat zich in Sagittarius A* afspeelt,” besluit Wielgus.
Meer afbeeldingen en video's op de Nederlandstalige ESO-pagina