Je leest:

Bellen blazen in het heelal

Bellen blazen in het heelal

Auteur: | 24 juli 2007

Sterrenkundigen hebben een nieuwe warmtebron gevonden in de grootste gaswolken van ons heelal. Het zijn zwarte gaten die enorme bellen blazen en daarmee het gas verwarmen. Een vraagstuk dat astronomen al vijf jaar bezighoudt, lijkt hiermee opgelost. Ruimteonderzoekers van SRON spelen een vooraanstaande rol in dit onderzoek door waarnemingen met de door SRON ontwikkelde spectrometer op de XMM-Newton-satelliet.

De grootste gaswolken in het heelal bevinden zich in clusters van melkwegstelsels. Clusters zijn verreweg de grootste objecten die we kennen en bestaan uit honderden melkwegstelsels die elk weer miljarden sterren bevatten. De melkwegstelsels vullen het hele beeld op foto’s in zichtbaar licht, wat spectaculaire plaatjes oplevert. Met de Europese röntgensatelliet XMM-Newton zie je die melkwegstelsels niet, maar dat maakt het niet minder spectaculair. In plaats van stelsels zie je een gigantische wolk heet gas met een temperatuur van tien miljoen graden.

XMM-Newton is de gevoeligste röntgentelescoop ooit in de ruimte gebracht. De door SRON gebouwde RGS vormt een van de ogen van de telescoop. Bron: ESA Klik op de afbeelding voor een grotere versie

Cooling flow

Toen astronomen in 2001 met behulp van XMM-Newton de eerste spectra van clusters van melkwegstelsels maten, stuitten ze op een probleem. Uit de metingen van de door SRON ontwikkelde Reflection Grating Spectrometer (RGS), de spectrometer van XMM-Newton, bleek dat het centrum van de gaswolk heter is dan de modellen van toen voorspelden. Astronomen dachten voor de ontdekking dat het gas in het midden van de gaswolk door afkoeling veel kouder zou zijn dan de omgeving.

Het afkoelen van het gas in het centrum van het cluster heeft op het eerste gezicht veel weg van een sneeuwbaleffect. Botsingen in het hete gas produceren grote hoeveelheden röntgenstraling. De energie die in die straling zit, blijft niet in het cluster, maar vliegt met de straling mee het heelal in, waar onze telescopen het uiteindelijk op kunnen vangen. Het gas in het cluster koelt daardoor af en krimpt een beetje. Door het krimpen hebben de deeltjes in het gas ineens minder ruimte en neemt het aantal botsingen, en daarmee ook de productie van röntgenstraling, toe. Het cluster verliest daardoor weer energie en zo gaat het afkoelen steeds maar harder.

Sterrenkundigen dachten daarom dat het gas in de kern erg sterk afgekoeld zou zijn en dat er door het krimpen koelend gas naar het centrum zou stromen, een cooling flow. De metingen van RGS lieten echter zien dat er niet zoveel koel gas in het midden van clusters zit. Er moet dus iets in het cluster aanwezig zijn wat het gas verhit, maar wat? Zijn het sterren, supernovae of misschien zwarte gaten?

Clusters van melkwegstelsels in zichtbaar licht. De individuele melkwegstelsels vullen op deze foto van de Hubble Space Telescope het hele beeld, alleen is er geen spoor te zien van de hete gaswolk waarin ook deze melkwegstelsels zijn ingebed. Bron: NASA/ESA

Zwart gat

Recente waarnemingen van de NASA-röntgentelescoop Chandra hebben laten zien dat er in veel clusters van melkwegstelsels een superzwaar zwart gat zit met een massa die miljoenen keer groter is dan die van de zon. De materie die het zwarte gat in z’n zwaartekrachtsveld opvangt, komt maar voor een klein deel in het gat zelf terecht. Een groot deel wordt in een bundel met een enorme snelheid terug de ruimte in geblazen. Die straalstroom van gas blaast grote bellen in de hete gaswolk van het cluster. Net zoals luchtbellen in een glas bronwater naar het oppervlak stijgen, stijgen de bellen van het zwarte gat ook langzaam op in het hete gas.

Het Perseus-cluster zoals je het ziet in röntgenstraling. Uit het midden van het cluster stijgen enorme bellen op met een doorsnede van enkele tienduizenden lichtjaren. Bron: NASA

Het mooiste voorbeeld van een bellenblazend zwart gat is gevonden in het Perseus-cluster. Op de foto die de Chandra-satelliet heeft gemaakt, zijn diverse bellen te zien die op weg zijn naar de rand van het cluster. Waarschijnlijk zullen ze die rand nooit bereiken, omdat de bel onderweg langzaam oplost in het hete gas. Tijdens het oplossen geeft de bel zijn energie af in de vorm van warmte. Sterrenkundigen hebben berekend dat de energie in de bellen in principe genoeg is om het gas zodanig te verhitten dat het het coolingflowprobleem oplost.

Straalstromen zoals deze in het elliptische melkwegstelsel M87 kunnen bellen blazen in het hete gas van clusters. Hoe zwarte gaten precies zo’n bundel materie met hoge snelheid de ruimte in sturen, is niet bekend Bron: Hubble Space Telescope. NASA/ESA

SRON is vanaf het begin nauw betrokken geweest bij de ontdekking van het coolingflowprobleem en de oplossing ervan. Dat komt door de grote bijdrage van SRON aan het RGS-instrument en de opgebouwde expertise op het gebied van röntgenspectroscopie. Het coolingflowprobleem wordt gezien als een van de belangrijkste ontdekkingen die met behulp van het RGS-instrument zijn gedaan. Experts hebben allerlei oplossingen aangedragen, maar niemand wist of die oplossingen ook echt zouden werken.

Op een conferentie over coolingflows in het Duitse Garching in augustus van dit jaar, waar ook enkele SRON-astronomen aanwezig waren, bleek dat vrijwel alle experts het er nu over eens zijn dat zwarte gaten de opwarming veroorzaken. Alleen hoe de energie uit de bellen precies als warmte in het hete gas terechtkomt, daar zijn ze nog niet uit.

Dit artikel is een publicatie van Netherlands Institute for Space Research (SRON).
© Netherlands Institute for Space Research (SRON), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 juli 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.