De sterrenkundigen konden met de infraroodcamera van WISE voor het eerst inzoomen op de binnenste regionen van de basis van de jet (de snelle straalvormige gasstroom die uit het zwarte gat komt en hoogenergetische straling het heelal in slingert). “Daarbij hebben we in ongekend detail de fysische eigenschappen kunnen meten, maar ook de veranderingen daarin op zeer kleine tijdschalen”, zegt eerste auteur Poshak Gandhi van de Japanse Aerospace Exploration Agency.
Zwart gat GX 339-4 was al bekend. Het staat op meer dan 20.000 lichtjaar afstand in de buurt van het centrum van de Melkweg en heeft een massa van zeker zes keer die van de zon. Zwarte gaten zijn de overblijfselen van zeer zware sterren die aan het eind van hun leven onder hun eigen zwaartekracht ineenstorten. Op een bepaalde afstand kan zelfs licht er niet uit ontsnappen, als gevolg van het zwaartekrachtsveld waarin de compacte, enorme massa van het zwarte gat zich bevindt. In het geval van GX 339-4 is er een begeleidende ster die materie overdraagt. Een deel daarvan wordt met bijna de lichtsnelheid weggeblazen in de vorm van een jet.
Door de röntgen-, gamma- en radiostraling van de straalstroom te bekijken zijn wetenschappers al veel te weten gekomen over de accretieschijven (de materie waarmee het zwarte gat zich voedt) en over de jets zelf. Maar onderzoek aan de helderste delen van de jets, aan de basis, was tot de ingebruikname van het infrarood-instrument WISE moeilijk.
“Om het opvlammen van de extreem energierijke straalstroom van een zwart gat te zien, moet je op het juiste moment op de juiste plek kijken”, zegt NASA’s WISE-projectwetenschapper Peter Eisenhardt. WISE maakte gedurende een jaar elke 11 seconden infraroodopnamen van de hele sterrenhemel en kon deze zeldzame gebeurtenis vastleggen. De veranderlijkheid van de jet werd gefotografeerd door NEOWISE, de planetoïdenjager van de WISE-missie.
De resultaten verrasten de astronomen. Ze zagen grote en onregelmatige veranderingen in de activiteit van de jet, variërend van 11 seconden tot een paar uur. Nooit eerder is dit met zo’n grote precisie vastgelegd. De waarnemingen laten zien dat aan de basis van de jet de straal (de helft van de diameter) van 25.000 kilometer varieert met een factor 10 of meer.
De astronomen deden ook de beste metingen tot nu toe aan het magnetisch veld van een zwart gat, dat 30.000 keer zo sterk is als dat van de aarde. Dat sterke magneetveld zorgt ervoor dat de stroom van materie versneld wordt en in een nauwe straalstroom het heelal wordt ingeblazen.
De wetenschappers gaan nu in de WISE-data op zoek naar meer flikkerende zwarte gaten. “De aandrijving van jets door zwarte gaten is een gecompliceerd proces”, zegt UVA-astronoom Sera Markoff. “Daarbij zijn sterke zwaartekracht in combinatie met magnetohydrodynamica (dat de beweging van een elektrisch geleidend gas in een magnetisch veld beschrijft) betrokken. Onze observaties voorzien in belangrijke nieuwe voorwaarden waaraan onze modellen moeten voldoen, zoals de geometrie van de jet, de kracht van het magnetisch veld en de dichtheid bij de basis van de jet. Dat brengt ons dichter bij het begrijpen van dit soort exotische verschijnselen”, aldus Markoff.
Meer informatie bij NASA/WISE
WISE-foto’s tonen sterke flitsen van infrarood licht in zwart gat GX 339-4. De animatie laat een dag aan opnames versneld zien. (credit: Poshak Gandhi (JAXA)/WISE)
