Superzware zwarte gaten die krachtige bundels van materie richting de aarde uitstoten, zogeheten blazars, versnellen deeltjes tot bizar hoge energieën. Onderzoekers hebben eindelijk achterhaald hoe ze dat doen.

Astronomen hebben mogelijk een mysterie opgelost over de superzware zwarte gaten in het centrum van sommige sterrenstelsels. Sommige zwarte gaten, blazars genaamd, stoten enorme bundels materie uit richting de aarde. We weten nu misschien hoe de deeltjes in die stralingsbundels zulke hoge energieën krijgen.

Onderzoekers weten al tientallen jaren van deze stralen, maar we hebben nog nooit in het hart van een blazar kunnen kijken om te zien hoe de deeltjes versneld worden. Een nieuwe ruimteröntgentelescoop, de Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) die is gelanceerd in december 2021, heeft dit voor het eerst mogelijk gemaakt. 

‘Ik maak me al twintig jaar hard voor een telescoop op de maan’
LEES OOK

‘Ik maak me al twintig jaar hard voor een telescoop op de maan’

Minimaal duizend antennes wil Marc Klein Wolt op de achterkant van de maan gaan zetten. Die moeten meer licht gaan werpen op ...

Astrofysicus Yannis Liodakis van de Universiteit van Turku in Finland en zijn collega’s gebruikten de telescoop om een bijzonder heldere blazar genaamd Markarian 501 te bekijken. ‘Als we naar zichtbaar licht en radiogolven kijken, kijken we naar de stralingsbundel zelf, ver weg van de plaats waar de versnelling plaatsvindt. En daar voorspellen de theoretische modellen [over hoe de deeltjes versnellen] in principe allemaal hetzelfde’, zegt Liodakis. ‘Maar met röntgenstraling kun je superdicht bij de versneller komen, waar het allemaal werkelijk gebeurt. Daar kunnen we kijken welk model zich onderscheidt van de andere.’

Turbulentie

Er waren twee concurrerende theoretische modellen die beschrijven hoe blazars deeltjes versnellen. Het gebeurt ofwel via interacties in het magneetveld van het zwarte gat zelf, ofwel via schokgolven die zich door de stralingsbundels voortplanten. De IXPE-waarnemingen suggereren nu dat het schokgolven zijn. Deze ontstaan waarschijnlijk door turbulentie in de bundel, wanneer sneller bewegend plasma tegen tragere plasma botst en een deel van zijn energie afgeeft.

Eerdere waarnemingen hebben vreemde opeenhopingen van materiaal laten zien die zich in de stralingsbundel voortbewegen. Deze nieuwe waarnemingen wijzen erop dat die door schokgolven kunnen zijn veroorzaakt. Waarnemingen van twee andere blazars lieten vergelijkbaar gedrag zien, dus ditzelfde mechanisme kan de deeltjesversnelling in alle blazars verklaren, zegt Liodakis.

Extreme laboratoria

Dit is belangrijk om te weten omdat de gebieden rondom zwarte gaten ooit kunnen dienen als laboratoria waar we veel extremere omstandigheden kunnen onderzoeken dan wetenschappers op aarde kunnen scheppen. De stralingsbundels versnellen deeltjes tot veel hogere energieën dan een door mensen gemaakte deeltjesversneller kan bereiken.

‘Je kunt extreme deeltjesfysica bedrijven, je kunt experimenten doen met enorme zwaartekracht – allemaal zaken die ons begrip van de natuurkunde kunnen uitbreiden. Maar voordat je dat doet, moet je eerst uitzoeken hoe blazars precies werken’, zegt Liodakis. ‘Dit zijn de eerste stappen om dat te doen.’