Astronomen hebben 53 nieuwe supermassieve zwarte gaten ontdekt die quasars aandrijven en materie met bijna de snelheid van het licht uitstoten. Deze jets strekken zich uit tot wel 7,2 miljoen lichtjaar, wat ongeveer 50 keer de breedte van de Melkweg is.
Deze monsterachtige objecten, bekend als Giant Radio Quasars, maken deel uit van een groep van 369 radioquasars die recentelijk zijn ontdekt door Indiase astronomen. Deze ontdekking werd gedaan met behulp van de Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT), een reeks van 30 parabolische schotels nabij Pune, India, als onderdeel van de TIFR GMRT Sky Survey (TGSS). Deze survey dekt ongeveer 90% van de hemelbol boven de aarde, waarbij de brede dekking en hoge gevoeligheid van de telescoop het ideale instrument vormen om verre, gigantische radio-uitzendingstructuren te spotten.
Souvik Manik, een teamlid en onderzoeker van Midnapore City College, verklaarde: “De afmetingen van deze radiojets zijn niet te vergelijken met ons zonnestelsel of zelfs onze melkweg.” De grootte van deze jets is verbluffend; men spreekt van 20 tot 50 Melkweg-diameters naast elkaar geplaatst.
Supermassieve zwarte gaten, met massa’s variërend van miljoenen tot miljarden keren die van de zon, worden verondersteld zich in het hart van grote sterrenstelsels te bevinden. Echter, niet alle deze kosmische reuzen voeden heldere centrale regio’s die actieve galactische kernen (AGN) worden genoemd, of worden waargenomen als “quasars”, die extreem krachtige galactische kernen zijn.
Om een quasar van energie te voorzien, moet een supermassief zwart gat omgeven zijn door een overvloed aan gas en stof waarvan het kan voedsel. Dit materiaal draait rond supermassieve zwarte gaten in afgeplatte structuren die accretieschijven worden genoemd. De enorme zwaartekracht van deze zwarte gaten genereert krachtige getijdenkrachten in de accretieschijven, waardoor dit materiaal verwarmd wordt en fel straling uitzendt over het elektromagnetische spectrum.
Echter, zwarte gaten zijn beruchte slordige eters, en niet al het materiaal in de accretieschijven wordt aan hen gevoed. Sterke magnetische velden kanaliseren hoog geïoniseerd gas, of plasma, naar de polen van het supermassieve zwarte gat, waar het wordt versneld tot bijna de snelheid van het licht en in tegenovergestelde richtingen wordt geblazen als krachtige dubbele jets. Hoe verder deze jets van hun bron komen, hoe breder ze kunnen uitbreiden in plumes of “lobben” die zich ver boven en onder het vlak van de melkweg uitstrekken waaruit ze oprijzen. Deze jets en lobben gaan gepaard met sterke radio-uitzendingen.
Sabyasachi Pal, teamleider en astronoom aan Midnapore City College, merkte op: “Hun enorme radiojets maken deze quasars waardevol voor het begrijpen van zowel de late stadia van hun evolutie als het intergalactische medium waarin ze uitbreiden, het dunne gas dat hun radiolobben miljoenen lichtjaar van het centrale zwarte gat afschermt.” Echter, het vinden van zulke giganten is niet eenvoudig. Pal legde uit dat de vage “brug” van uitzendingen die de twee lobpen verbindt vaak onder de detectiegrenzen valt, waardoor de algehele structuur gebroken of incompleet lijkt.
Laagfrequente radiosurveys zijn bijzonder effectief om deze systemen te identificeren, omdat het ouder synchrotronplasma in de lobben sterker uitzendt bij lagere radiosfrequenties dan bij hogere. Het onderzoeksteam ontdekte een interessante trend met betrekking tot Giant Radio Quasars en de omgevingen waarin ze zich bevinden. Ongeveer 14% van deze monsterlijke objecten bevinden zich binnen groepssamenstellingen van sterrenstelsels en nabij kosmische filamenten van gas, stof en donkere materie, waar sterrenstelsels samenkomen en groeien.
Netai Bhukta, teamlid van Sidho Kanho Birsha University, verklaarde: “Het lijkt erop dat de omgeving een belangrijke rol speelt in het vormgeven van hoe deze radiojets evolueren.” In dichtere gebieden kunnen de jets mogelijk worden vertraagd, gebogen of verstoord door het omringende gas, terwijl ze in leegere gebieden vrij kunnen groeien door het intergalactische medium.
Ondanks dat de meeste quasars dubbele jets hebben, merkte het team op dat deze jets vaak oneven zijn wat betreft lengte of helderheid, een discrepantie die radiojet asymmetrie wordt genoemd. “Deze asymmetrie vertelt ons dat deze jets strijden tegen een ongelijkmatig kosmisch milieu,” voegde Sushanta K. Mondal, ook van Sidho Kanho Birsha University, toe. “Aan de ene kant kan de jet tegen dichtere wolken van intergalactisch gas botsen, waardoor zijn groei wordt vertraagd, terwijl de andere kant vrij uitbreidt door een dunner medium.”
De bevindingen van het team lijken aan te geven dat gigantische quasars op grotere afstand een grotere jet asymmetrie vertonen in vergelijking met die dichter bij de Melkweg. Dit zou kunnen komen doordat, hoe verder deze quasars zijn, hoe verder terug in de tijd wij ze bekijken, en de vroege kosmos was veel chaotischer en gevuld met dichtere gassen die de paden van deze jets verstoorden.
Het onderzoek van het team werd gepubliceerd op 13 november in The Astrophysical Journal Supplement Series van de American Astronomical Society.
