De mysterieuze interactie tussen accretieschijven en de krachtige stralen die uit supermassieve zwarte gaten ontsnappen, is onderwerp van een nieuwe wetenschappelijke doorbraak. Onderzoekers zijn erin geslaagd een schijnbare tegenstrijdigheid in de astrofysica op te lossen, waardoor een beter begrip ontstaat van hoe deze energetische fenomenen functioneren.
Supermassieve zwarte gaten genereren zogenaamde astrofysische jets: enorme stralen van geïoniseerd gas die met relativistische snelheden over miljoenen parsecs kunnen reiken. Deze jets hebben een significante invloed op hun kosmische omgeving. Zo beïnvloeden ze het gas binnen de gastgalaxy en kunnen ze zelfs de vorming van nieuwe sterren in nabijgelegen clusters verstoren, aldus universetoday.com.
Het mechanisme achter de jets
Zwarte gaten produceren deze stralen enkel wanneer ze actief materie consumeren. Het gas en stof dat naar het zwarte gat toe stroomt, vormt een superverhitte accretieschijf. Terwijl een deel van deze massa in het zwarte gat verdwijnt, wordt een ander deel door magnetische velden in de schijf naar buiten geslingerd. In de wetenschap wordt dit proces vaak toegeschreven aan het Blandford-Znajek (BZ) mechanisme, waarbij de rotatie-energie van het zwarte gat wordt benut via grootschalige magnetische velden die door de accretiestroom worden ondersteund, zoals beschreven door .
De paradox van de schijfstructuur
Tot voor kort bestond er echter een theoretisch probleem. Astronomen maken onderscheid tussen twee typen accretieschijven: hete, geometrisch dikke schijven en koude, geometrisch dunne schijven. Het BZ-mechanisme werkt effectief bij dikke, hete schijven omdat deze de benodigde magnetische velden kunnen ondersteunen.
De paradox ontstond bij systemen met een hoge accretiesnelheid die toch sterke jets vertoonden. Deze systemen worden doorgaans gedomineerd door koude, dunne schijven, die volgens theoretische modellen niet in staat zouden moeten zijn om de vereiste magnetische velden in stand te houden. Volgens de analyse van bleek het onverklaarbaar waarom deze specifieke systemen toch krachtige jets lanceerden.
Inzichten uit 3C 120
Om deze tegenstrijdigheid te ontrafelen, hebben wetenschappers onder leiding van Kazuhiro Hada (Nagoya City University) en Hirofumi Noda (Tohoku University) het actieve sterrenstelsel 3C 120 bestudeerd. Dit stelsel bevindt zich op een afstand van ongeveer 420 miljoen lichtjaar. Door radio- en röntgenobservaties te combineren, konden de onderzoekers de relatie tussen de instroom van materie en de lancering van de jets nauwkeurig in kaart brengen.
De belangrijkste ontdekking is dat accretieschijven kunnen worden 'getrunceerd' of afgebroken.
Dit verklaart waarom systemen die er uiterlijk uitzien als koude, dunne schijven, toch relativistische jets kunnen lanceren. Volgens is dit inzicht cruciaal voor de algemene kennis over de evolutie van sterrenstelsels, aangezien de feedback van deze jets direct bepaalt hoe galaxies groeien en transformeren over miljarden jaren.