De James Webb Space Telescope (JWST) heeft het helderste beeld tot nu toe opgeleverd van de regio rondom een superzwaar zwart gat, waarmee een decennia-oud debat wordt opgelost over de oorzaak van ongebruikelijke infraroodhelderheid nabij deze galactische motoren. Nieuwe gegevens van JWST bevestigen dat dit overtollige licht niet afkomstig is van materiaal dat door het zwarte gat wordt uitgestoten, maar van het stof en gas dat er actief in valt. Deze ontdekking verfijnt ons begrip van hoe zwarte gaten groeien en hoe ze de sterrenstelsels waarin ze leven beïnvloeden.
De puzzel van infraroodemissies
Al meer dan twintig jaar hebben astronomen een onverwacht overschot aan infraroodstraling waargenomen rond superzware zwarte gaten (SMBH’s) in actieve sterrenstelsels. De heersende theorie suggereerde dat deze helderheid voortkwam uit oververhitte uitstromen – materiestromen die uit de directe omgeving van het zwarte gat werden weggeblazen. Deze verklaring kwam echter nooit volledig overeen met de waarnemingen.
JWST’s doorbraak in Circinus Galaxy
Een recente studie, gepubliceerd in Nature Communications, gebruikte JWST om het Circinus-stelsel te onderzoeken, dat zich op 13 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt. Door de scherpe beeldvorming van JWST te combineren met observaties vanaf de grond, ontdekten onderzoekers dat ongeveer 87% van de overtollige infraroodemissies afkomstig is van de schijf van materiaal dat in de SMBH spiraalt. Deze schijf, bekend als een accretieschijf, ontstaat wanneer gas en stof naar het zwarte gat vallen en door zwaartekracht tot extreme temperaturen worden verwarmd.
Het team gebruikte JWST’s diafragma masking interferometer (AMI) om de resolutie van de telescoop effectief te verdubbelen, wat een ongekende helderheid mogelijk maakte. Zoals uitgelegd door Joel Sanchez-Bermudez, een astrofysicus aan de Nationale Universiteit van Mexico, komt dit overeen met waarnemen met een telescoop van 13 meter in plaats van Webbs standaardgrootte van 6,5 meter.
Zwarte gaten: donuts, schijven en dynamiek
Actieve zwarte gaten voeden zich met een ring van gas en stof die lijkt op een donut (een zogenaamde torus). Wanneer materiaal in het zwarte gat valt, vormt het een dunnere, sneller draaiende accretieschijf. De wrijving binnen deze schijf genereert intense hitte en licht, waardoor het zwarte gat zelf aan het zicht wordt onttrokken.
Zwarte gaten verbruiken niet alles; ze stoten ook wat materie uit in straalstromen of wind. Het begrijpen van de wisselwerking tussen deze instroom en uitstroom is cruciaal om te bepalen hoe zwarte gaten materie aangroeien, de stervorming beïnvloeden en uiteindelijk hun gaststelsels vormgeven.
Implicaties en toekomstig onderzoek
De bevindingen van de JWST elimineren een al lang bestaande onzekerheid over de bron van infraroodemissies. Het benadrukt ook de kracht van interferometrie voor het bestuderen van deze extreme omgevingen. Onderzoekers zullen deze techniek nu toepassen op andere actieve SMBH’s, in een poging vast te stellen of de dominantie van schijfgestuurde emissies universeel is.
Toekomstige waarnemingen zullen proberen te bevestigen of dit accretieproces de stervorming in het centrale gebied van Circinus onderdrukt. Dit onderzoek toont het unieke vermogen van JWST aan om voorheen onzichtbare details in de meest extreme omgevingen van het universum op te lossen.
De ontdekking markeert een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van de complexe dynamiek van zwarte gaten en hun rol in de galactische evolutie.
