-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Astronomen ontdekken hete gasbel rond het superzware zwarte gat van de Melkweg

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben astronomen tekenen gezien van een 'hot spot' die rond Sagittarius A* draait, het zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel. Deze vondst helpt ons de raadselachtige en dynamische omgeving van ons superzware zwarte gat beter te begrijpen.

"We denken dat we kijken naar een hete gasbel die rond Sagittarius A* draait in een baan die even groot is als die van de planeet Mercurius, maar die een volledige lus maakt in slechts 70 minuten. Dit vereist een verbluffende snelheid van ongeveer 30% van de lichtsnelheid!", aldus Maciek Wielgus van het Max Planck Instituut voor radioastronomie in Bonn, Duitsland, die de studie leidde die vandaag is gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics.

De waarnemingen werden gedaan met ALMA in de Chileense Andes - een radiotelescoop die mede-eigendom is van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) - tijdens een campagne van de Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration om zwarte gaten in beeld te brengen. In april 2017 koppelde de EHT wereldwijd acht bestaande radiotelescopen, waaronder ALMA, aan elkaar, wat resulteerde in het onlangs vrijgegeven eerste beeld ooit van Sagittarius A*. 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 opgenomen. Tot verrassing van het team waren er meer aanwijzingen voor de aard van het zwarte gat verborgen in de ALMA-metingen.

Bij toeval werden sommige waarnemingen gedaan kort nadat een uitbarsting of vlam van röntgenenergie was uitgezonden vanuit het centrum van ons sterrenstelsel, die was waargenomen door NASA's Chandra Space Telescope. Dit soort flares, die eerder zijn waargenomen met röntgen- en infraroodtelescopen, worden in verband gebracht met zogenaamde 'hot spots', hete gasbellen die zeer snel en dicht bij het zwarte gat draaien. 

"Wat echt nieuw en interessant is, is dat dergelijke vlammen tot nu toe alleen duidelijk aanwezig waren in röntgen- en infraroodwaarnemingen van Sagittarius A*. Hier zien we voor het eerst een zeer sterke aanwijzing dat ronddraaiende hot spots ook aanwezig zijn in radiowaarnemingen," zegt Wielgus, die ook verbonden is aan het Nicolaus Copernicus Astronomisch Centrum in Polen en het Black Hole Initiative aan de Harvard University, VS. 

"Misschien zijn deze op infrarode golflengten waargenomen hete plekken een manifestatie van hetzelfde natuurkundige verschijnsel: als infrarood uitstralende hete plekken afkoelen, worden ze zichtbaar op langere golflengten, zoals die welke door ALMA en de EHT worden waargenomen," voegt Jesse Vos toe, een promovendus aan de Radboud Universiteit in Nijmegen, die ook bij deze studie betrokken was.

Lange tijd werd gedacht dat de vlammen afkomstig waren van magnetische interacties in het zeer hete gas dat in een baan rond Sagittarius A* draait, en de nieuwe bevindingen ondersteunen dit idee. "Nu vinden we sterke aanwijzingen voor een magnetische oorsprong van deze vlammen en onze waarnemingen geven ons een aanwijzing over de geometrie van het proces. De nieuwe gegevens zijn uiterst nuttig voor het opbouwen van een theoretische interpretatie van deze gebeurtenissen," zegt co-auteur Monika Mo?cibrodzka van de Radboud Universiteit.

Met ALMA kunnen astronomen gepolariseerde radiostraling van Sagittarius A* bestuderen, waarmee het magnetisch veld van het zwarte gat kan worden onthuld. Het team heeft deze waarnemingen samen met theoretische modellen gebruikt om meer te weten te komen over de vorming van de hete plek en de omgeving waarin deze is ingebed, waaronder het magnetische veld rond Sagittarius A*. Hun onderzoek levert sterkere beperkingen op voor de vorm van dit magnetische veld dan eerdere waarnemingen en helpt astronomen de aard van ons zwarte gat en zijn omgeving te ontdekken.

De waarnemingen bevestigen enkele van de eerdere ontdekkingen van het GRAVITY-instrument op ESO's Very Large Telescope (VLT), dat in het infrarood waarneemt. De gegevens van GRAVITY en ALMA suggereren beide dat de vlam ontstaat in een klomp gas die met ongeveer 30% van de lichtsnelheid met de klok mee rond het zwarte gat wervelt aan de hemel, waarbij de baan van de hot spot bijna recht tegenover elkaar ligt.

"In de toekomst zouden we in staat moeten zijn om hot spots over verschillende frequenties te volgen met behulp van gecoördineerde multigolflengtewaarnemingen met zowel GRAVITY als ALMA - het succes van een dergelijke onderneming zou een echte mijlpaal zijn voor ons begrip van de fysica van vlammen in het galactische centrum," zegt Ivan Marti-Vidal van de Universiteit van València in Spanje, co-auteur van de studie.

Het team hoopt met de EHT ook de ronddraaiende gasklompen rechtstreeks te kunnen waarnemen, om 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 er in Sagittarius A* gebeurt," besluit Wielgus.