De grootste sterrenstelsels aan de hemel maken geen sterren zoals ze zouden moeten. Iets houdt hen tegen. Een nieuwe studie met XRISM suggereert dat we weten waarom.
Zwart gatwinden zijn de boosdoener.
Deze superzware zwaartekrachtankers krijgen meestal alle druk om dingen naar binnen te trekken. Maar ze duwen net zo hard. Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben ontdekt dat de gewelddadige winden die door deze zwarte gaten worden uitgestoten, de grondstoffen wegblazen die nodig zijn voor de geboorte van sterren.
De huidige theorie zegt dat gigantische sterrenstelsels meer sterrenmassa zouden moeten hebben dan ze momenteel bevatten. Ze missen massa. Waar is het gebleven? Het werd de diepe ruimte in geschoten.
Wat XRISM ziet
XRISM is de missie voor röntgenbeeldvorming en spectrimetrie. Onder leiding van het Japan Aerospace Exploration Agency met NASA- en ESA-partners werd het in 2023 gelanceerd en begon het eind 2024 met zoeken.
Het is niet alleen een upgrade van een telescoop. De energieresolutie is ongeveer tien keer beter dan die van de laatste generatie instrumenten.
Vóór XRISM? Van de gasstromen konden we slechts grote lijnen zien. Nu kunnen we fijne structuren oplossen. We kunnen de geometrie zien.
Xin “Cindy” Xiang, een promovendus aan de U-M, gebruikte de nieuwe helderheid om naar NGC 4151 te kijken – een heldere actieve galactische kern op meer dan 50 miljoen lichtjaar afstand. In het hart zit een superzware, zwarte, hongerige materie. Dat eetproces verwarmt het gas tot plasma en draait het tot een heldere accretieschijf.
“Wat is hun structuur en geometrie? Hoe en wanneer worden de winden gelanceerd?”
Dat waren de vragen die de oude technologie niet kon beantwoorden. XRISM kan dat.
Het mechanisme
De wind is niet zomaar willekeurig. Ze lijken aangedreven door magnetocentrifugale krachten. Denk aan zonnevlammen op grote schaal. De draaiende schijf fungeert als een katapult en gooit geïoniseerd gas met hoge snelheid weg uit het centrum.
Als de wind snel genoeg is, zuiveren ze de buurt. Er is geen gas meer. Geen sterren om te vormen.
Xiang en professor Jon Miller hadden eerder aangetoond dat deze winden in NGC 4152 snelheden kunnen bereiken die snel genoeg zijn om volledig uit het sterrenstelsel te ontsnappen. Het nieuwe werk geeft precies aan wanneer ze in werking treden.
De “Cindicity” volgen
Hier wordt het rommelig.
Het gedrag van zwarte gaten is niet statisch. Het verandert. Xiang besteedde tijd aan het analyseren van honderden dagen aan XRSM-gegevens van NGC 4115. Ze keek hoe de helderheid van de röntgenstraling fluctueerde – op zoek naar fakkels. Toen keek ze naar de kleur. Geen visuele kleur. Het energieniveau. Hardere of zachtere röntgenfoto’s.
Ze combineerde deze factoren in één enkele maatstaf. Een mix van helderheid en energie.
Miller stelde voor de naam in te korten tot ‘cindicity’. Mede omdat haar naam Cindy is. Ook omdat het raar klinkt. Het werkt.
“Ik kan je de cindicity vertellen en je zult weten of je een snelle uitwind ziet.”
Dat is het nut. Je hebt geen maandenlange observatie meer nodig. Je maakt een momentopname, meet de index en weet wat het zwarte gat met zijn uitlaatgassen doet.
De vertraging
Hier is de verrassing.
De sterkste winden komen niet tijdens de helderste zonnevlam voor.
Xiang merkte dat ze achterbleven. De snelste uitstroom arriveerde ongeveer 10.000 seconden later. Ongeveer drie uur. De röntgenfoto’s waren hard en zwak, en toen stak de wind op.
Het is de eerste directe timinglink. Tussen het licht dat we zien en het gas waarvan we vermoeden dat het wegvliegt.
Waarom drie uur? Waarom niet nul? Misschien heeft het mechanisme tijd nodig om op gang te komen. Misschien bouwt de energie druk op voordat de oppervlaktespanning wordt verbroken.
We hebben nu een klok. We moeten gewoon wachten op de volgende teek om te zien of deze overeenkomt met andere sterrenstelsels. Als dat zo is, zijn onze modellen van de evolutie van sterrenstelsels een stuk minder theoretisch geworden.
Maar wacht. Is dit universeel? Of gewoon hoe NGC 415 graag speelt?
