Persbericht

Verhongerend zwart gat dimt het licht van een sterrenstelsel

15 september 2016

Het mysterie van een vreemde verandering in het gedrag van een superzwaar zwart gat in het centrum van een ver sterrenstelsel is opgelost. Een internationaal team van astronomen heeft, met behulp van ESA’s Very Large Telescope, de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA en de röntgensatelliet Chandra van NASA, ontdekt dat het zwarte gat moeilijke tijden doormaakt. Het ontvangt niet meer voldoende brandstof om het te laten stralen.

Veel sterrenstelsels vertonen een extreem heldere kern die van energie wordt voorzien door een superzwaar zwart gat. Deze kernen maken dat de ‘actieve sterrenstelsels’ tot de helderste objecten in het heelal behoren. Vermoed wordt dat deze grote helderheid te danken is aan gloeiendheet materiaal dat naar het zwarte gat toe stroomt – een proces dat accretie wordt genoemd. De kernen van de diverse actieve sterrenstelsels kunnen echter enorm in helderheid variëren. Dat heeft ertoe geleid dat astronomen hen, afhankelijk van de eigenschappen van het licht dat zij uitzenden, in verschillende categorieën hebben ingedeeld [1].

Van sommige actieve sterrenstelsels is vastgesteld dat zij in de loop van slechts tien jaar – een astronomische oogwenk – spectaculair kunnen veranderen. Bij het nieuwe onderzoek is ontdekt dat het actieve stelsel Markarian 1018 het nóg bonter maakt: het is voor de tweede keer in vijf jaar tijd van categorie veranderd, waardoor het weer zijn oorspronkelijke classificatie terugheeft. Zo’n cyclus is bij nog een handjevol andere sterrenstelsels waargenomen, maar dat is nog nooit zo gedetailleerd waargenomen als nu.

De ontdekking van het wispelturige gedrag van Markarian 1018 was een toevallig bijproduct van de Close AGN Reference Survey (CARS), een samenwerkingsproject tussen ESO en andere organisaties waarbij informatie wordt verzameld over veertig nabije sterrenstelsels met actieve kernen. De verrassende helderheidsvariaties van het stelsel werden opgemerkt bij routinewaarnemingen met de Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), een instrument van ESO’s Very Large Telescope.

‘We stonden er versteld van dat Markarian 1018 zulke spectaculaire veranderingen kan vertonen’, zegt Rebecca McElroy, hoofdauteur van het onderzoeksartikel en promovendus aan de Universiteit van Sydney en het ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics (CAASTRO).

De toevallige waarneming van het stelsel zo kort nadat het begon uit te doven bood de onverwachte gelegenheid om te onderzoeken hoe deze stelsels werken, zoals Bernd Husemann, CARS-projectleider en hoofdauteur van een van de twee artikelen die aan de ontdekking zijn gewijd, uitlegt: ‘We hadden het geluk dat we de gebeurtenis slechts 3 à 4 jaar na het begin van de neergang hebben gedetecteerd, waardoor we waarnemingscampagnes konden opzetten om details van de accretiefysica van actieve stelsels te bestuderen die op geen enkele andere manier waarneembaar zijn.’

Het onderzoeksteam heeft deze kans met beide handen aangegrepen, waarbij de hoogste prioriteit werd gegeven aan het proces dat ervoor zorgt dat Markarian 1018 zulke sterke helderheidsfluctuaties vertoont. Zulke fluctuaties kunnen allerlei astrofysische oorzaken hebben, maar daarvan viel er direct al een af: de mogelijkheid dat het zwarte gat een ster heeft opgeslokt [2]. Ook lijkt het niet waarschijnlijk dat de helderheidsafname is veroorzaakt door de verduisterende werking van tussenliggend gas [3]. Maar het werkelijke mechanisme achter de verrassende veranderlijkheid van Markarian 1018 bleef na de eerste ronde van waarnemingen een raadsel.

Toen kreeg het team echter de gelegenheid om meer waarnemingen te doen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en NASA’s infraroodsatelliet Chandra. Met de nieuwe gegevens van deze instrumenten is het gelukt om het mysterie op te lossen: het zwarte gat bleek langzaam uit te doven omdat er geen accretiemateriaal meer wordt aangevoerd.

‘Het is denkbaar dat deze schaarste wordt veroorzaakt door een haperende toestroom van brandstof,’ zegt Rebecca McElroy. ‘Een intrigerende mogelijkheid is dat dit het gevolg is van interacties met een tweede superzwaar zwart gat.’ Zo’n dubbel zwart gat is in het geval van Markarian 1018 heel goed mogelijk, omdat het sterrenstelsel het resultaat is van een fusie tussen twee afzonderlijke stelsels, die waarschijnlijk beide een superzwaar zwart gat in hun kern hebben gehad.

Het onderzoek naar de mechanismen die stelsels als Markarian 1018 van gedaante doen veranderen gaat door. ‘Het team heeft snel moeten handelen om te kunnen vaststellen waardoor Markarian 1018 weer uitdoofde,’ licht Bernd Husemann toe. ‘Lopende waarnemingscampagnes met ESO-telescopen en andere faciliteiten zullen ons in staat stellen om de spannende wereld van verhongerende zwarte gaten en veranderende actieve stelsels nauwkeuriger onder de loep te nemen.’

Noten

[1] De helderste actieve stelsels zijn de quasars, waarbij de kern feller straalt dan de rest van het sterrenstelsel. Een andere, minder extreme categorie is die van de Seyfert-stelsels. Oorspronkelijk werden deze laatste op basis van hun helderheid en hun emissiespectrum – een grafiek die aangeeft hoeveel straling er op de verschillende golflengten wordt uitgezonden – onderverdeeld in slechts twee verschillende klassen: type 1 en type 2. Maar inmiddels zijn daar meer klassen bijgekomen, zoals type 1.9.

[2] Een ster die te dicht in de buurt van een superzwaar zwart gat komt, wordt door diens extreme getijdenkrachten aan flarden getrokken. Dit resulteert in een snelle toename van de helderheid van het centrumgebied, gevolgd door een geleidelijk afname die jaren duurt. De waargenomen helderheidsvariaties van Markarian 1018 passen niet bij dit scenario.

[3] De classificatie van een actief sterrenstelsel kan worden beïnvloed door gas dat, van de aarde uit gezien, voor de heldere kern van het sterrenstelsel schuift en het licht ervan tempert. Dit heeft ook invloed op het spectrum van het stelsel, waardoor zijn classificatie kan veranderen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek staan in twee letters met de titels ‘Mrk 1018 returns to the shadows after 30 years as a Seyfert 1’ en ‘What is causing Mrk 1018’s return to the shadows after 30 years?’, die beide in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnen.

Het onderzoeksteam bestaat uit B. Husemann (ESO, Garching, Duitsland), T. Urrutia (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Duitsland), G.R. Tremblay (Yale Center for Astronomy and Astrophysics, New Haven, VS), M. Krumpe (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Duitsland), J. Dexter (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), V.N. Bennert (Physics Department, California Polytechnic State University, VS), G. Busch (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Duitsland), F. Combes (LERMA, Observatoire de Paris, Frankrijk), S.M. Croom (Sydney Institute for Astronomy, Sydney, Australië & ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics), T.A. Davis (School of Physics & Astronomy, Cardiff University, VK), A. Eckart (I. Physikalisches Institut Universität zu Köln, Duitsland; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), R.E. McElroy (Sydney Institute for Astronomy, Sydney, Australië & ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics), M. Pérez-Torres (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spanje), M. Powell (Yale Center for Astronomy and Astrophysics, New Haven, VS) en J. Scharwächter (Gemini Observatory, Northern Operations Center, Hawaii, VS).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van de VLT
• CARS Survey

Contact

Bernd Husemann
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6750
E-mail: bhuseman@eso.org

Rebecca McElroy
University of Sydney
Sydney, Australia
Tel: +61 421 882 513
E-mail: rebecca.mcelroy@sydney.edu.au

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media