Zagen we nou materie direct naar een superzwaar zwart gat vallen?

Een relatief dichtbij gelegen actief melkwegstelsel heeft flarden van processen in zijn binnenste kern laten zien. Die flarden geven astronomen nieuwe hints over wat er gebeurt bij superzware zwarte gaten, die behoren tot de meest exotische en tegelijk fundamentele objecten in het universum. Mogelijk betekenen de waarnemingen zelfs dat de onderzoekers materie zagen, die direct naar het zwarte gat viel.

Read English below Dutch text.

De kern van NGC 2617, een zogenoemde Active Galaxy Nucleus (AGN) in een melkwegstelsel op 200 miljoen lichtjaar van de aarde, trok de aandacht van Margherita Giustini van SRON, Netherlands Institute for Space Research en haar mede-onderzoekers. De kern veranderde namelijk van een relatief rustige AGN in een behoorlijk felle.

Waarnemingen van NGC 2617 met de telescoop Integral voor gammastralen en vooral met röntgentelescoop XMM-Newton, lieten iets zien wat nog niet vaak is waargenomen dicht bij superzware zwarte gaten: het signaal van materie die z’n energie verliest.

Bij het analyseren van de spectroscopische data uit de telescopen stelden Giustini en haar collega’s vast dat de samenstelling van de materie hoofdzakelijk ijzer betrof. Ze presenteerden drie natuurkundige scenario’s die het waargenomen signaal konden verklaren.

Een mogelijkheid is dat aanvankelijk weggeblazen materie terug word getrokken door de sterke zwaartekracht van het superzware zwarte gat. Een andere mogelijkheid is dat het sterke zwaartekrachtsveld het signaal verstoort omdat de materie zo dicht bij het zwarte gat zelf is. En als laatste mogelijkheid hebben we misschien voor het eerst waargenomen dat materie direct naar de waarneemhorizon van het actieve zwarte gat is gevallen vanaf de accretieschijf, de omringende schijf met stof.

Dit laatste scenario is iets anders, met ook een wezenlijk andere ‘vingerafdruk’ in het waargenomen signaal, dan zogeheten ‘tidal disruption events’ waarbij een inactief zwart gat wakker wordt om een voorbijganger uit elkaar te trekken en te verslinden. Dat was namelijk wel al eerder waargenomen.

In elk geval hebben Giustini en haar collega’s naar dat gedeelte van de schijf met materie rond het zwarte gat gekeken, dat het dichtste bij het zwarte gat zelf zit. En misschien dus zelfs wel naar materie die er vanaf de zogeheten accretieschijf in viel: een voor astronomen spannende en veelbelovende waarneming om meer te weten te komen over hoe de natuurkundige wetten luiden, zo dicht in de buurt van zo’n een extreem kosmisch object.

Gevestigd in het centrum van melkwegstelsels, blijken superzware zwarte gaten grote invloed te hebben op de eigenschappen van het melkwegstelsel waar ze in vertoeven, wat astronomen erg fascineert. Er moet een complexe diepgaande kosmische interactie zijn tussen melkwegstelsels en hun centrale superzware zwarte gat. De studie van zwarte gaten helpt astronomen dan ook het ontstaan en de evolutie van de kosmische structuren als geheel beter te begrijpen.

Giustini en haar mede-auteurs publiceerden hun conclusies in januari in het gerenommeerde vaktijdschrijft Astronomy & Astrophysics, Volume 97, id.A66, 2017.

http://adsabs.harvard.edu/abs/2017A%26A…597A..66G


http://www.aanda.org/articles/aa/abs/2017/01/aa28686-16/aa28686-16.html



XMM-Newton en Integral zijn ruimtetelescopen voor röntgen- en gammastraling van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. SRON droeg bij aan XMM-Newton met de ontwikkeling en realisatie van twee spectrometers: de Reflection Gratings Spectrometers (RGS). SRON werkt momenteel samen met partners aan wetenschappelijke, technologische en technische ontwikkelingen voor ESA’s nieuwe röntgentelescoop Athena, waarvoor de lancering in 2028 wordt voorzien.

 

Did we see matter falling directly onto a supermassive black hole?

A relatively nearby active galaxy has revealed glimpses of processes in its innermost core, that gives astronomers new clues about what happens directly next to supermassive black holes, objects that are among the most exotic yet fundamental of our Universe. The data might even show that researchers actually observed matter that was directly falling towards the black hole.

The so called Active Galaxy Nucleus (AGN) named NGC 2617, located in a galaxy 200 millions lightyears away, drew the attention of SRON-researcher Margherita Giustini and collaborators because it was changing look, from being a relatively quiet AGN to be a quite luminous one.

High energy observations of NGC 2617, that were done with the gamma-ray telescope Integral and in particular with the X-ray telescope XMM Newton, showed what is not commonly observed close to supermassive black holes: the light signal of matter losing its energy.

By analysing the XMM-Newton and Integral spectroscopic data, Giustini and colleagues identified the composition of the matter as being mainly made of iron, and proposed three physical scenarios that might explain the observed signal.

One possibility is that an outflow of matter would bounce back pulled in by the strong gravity of the supermassive black hole; alternatively, the strong gravitational field would be able to distort the signal by itself if the matter is very close to the black hole; finally, we might be directly observing matter falling toward the supermassive black hole event horizon.

The latter scenario is different from and has a different physical fingerprint in the observed signal than the so called tidal disruption events, when an inactive black hole wakes up to tear a passing object apart. That has been observed before.

In either case, with their XMM-Newton observations Giustini and colleagues definitely peered towards a part of the disk of matter surrounding a black hole, the accretion disk, closest to the black hole itself. Maybe they have even seen matter actually falling directly onto the supermassive black hole, a promising and exciting process to get to understand the physics at work close to these extreme cosmic objects.

Hosted at the centre of galaxies, supermassive black holes have been found to importantly influence the properties of the host galaxies themselves in a complex and fascinating way, implying some profound cosmic interaction, or feedback between the two. Studies of cosmic black holes are therefore helping astronomers understanding the formation and the evolution of the cosmic structures as a whole.

Giustini and collaborators published their conclusions last January in the renowned journal Astronomy & Astrophysics, Volume 97, id.A66, 2017.

http://adsabs.harvard.edu/abs/2017A%26A…597A..66G

http://www.aanda.org/articles/aa/abs/2017/01/aa28686-16/aa28686-16.html

XMM-Newton and Integral are space telescopes for X-rays and gamma rays of the European Space Agency (ESA). SRON contributed to XMM-Newton with the development and realisation of two Reflection Gratings Spectrometers. SRON is currently working on the scientific and hardware development for ESA’s new X-ray space telescope Athena, to be launched in 2028.