Zwart gat blaast van zich af

In het centrum van de meeste melkwegstelsels bevindt zich een heel zwaar zwart gat, dat vrijwel alles in zijn omgeving opzuigt. Toch gaat niet alle materie het gat in. De enorme krachten rondom het zwarte gat zorgen ook voor een krachtige wind die van het zwarte gat af blaast. Deze winden worden beheerst door enkele zeer krachtige gasstromen die aan de zwaartekracht van het zwarte gat ontsnappen.

Die gasstromen kunnen door botsing met gas in het melkwegstelsel nieuwe stervorming op gang brengen. De snelheden, samenstelling en fysische condities van deze winden vormen het onderwerp van het proefschrift dat Katrien Steenbrugge op 2 februari aan de Universiteit Leiden verdedigt.
Voor het onderzoek, dat zij bij SRON Nationaal Instituut voor Ruimteonderzoek uitvoerde, maakte Steenbrugge gebruik van meetgegevens van de röntgensatellieten XMM-Newton en Chandra. SRON leverde aan beide satellieten een belangrijke instrumentele bijdrage. Het proefschrift laat het grote belang zien van röntgenspectroscopie voor dit type onderzoek.

Röntgensatelliet XMM-Newton, waarvoor SRON een uiterst gevoelige spectrometer ontwikkelde. Katrien Steenbrugge zette het instrument in voor haar onderzoek.(fig. ESA)

Melkwegstelsels bestaan uit een verzameling van miljarden sterren die door de zwaartekracht bijeen gehouden worden. Het licht van de meeste melkwegstelsels komt van de afzonderlijke sterren in dat stelsel. Er zijn echter ook melkwegstelsels, bijvoorbeeld quasars, die veel meer straling uitzenden dan op grond van het aantal sterren in dat stelsel zou worden verwacht. De extra straling wordt veroorzaakt door de toestroom van gas naar het zware zwarte gat, dat op zijn minst een miljoen keer zwaarder is dan onze zon. Door de constante wrijving in deze stroom verliest het gas energie, die uitgezonden wordt als röntgen- en gammastraling. Deze hoog-energetische straling drijft de bestudeerde winden aan. De wind wordt met een snelheid van ongeveer een miljoen kilometer per uur weggeblazen van het zwarte gat. Katrien Steenbrugge leidde de snelheid en de samenstelling van deze winden af uit meetgegevens van de spectrometers aan boord van Chandra en XMM-Newton.

De processen in de buurt van een superzwaar zwart gat. De intense straling vlak bij het zwarte gat blaast een deel van het in de accretieschijf toestromende gas de ruimte in als een kegelvormige wind.(fig. NASA, CXC/M.Weiss)

Metingen aan röntgenspectra geven belangrijke informatie over de omstandigheden waaronder de straling tot stand komt. SRON ontwikkelde de tralie, het centrale onderdeel van een röntgenspectrometer, voor de NASA-satelliet Chandra. Bij de de ESA-satelliet XMM-Newton was SRON hoofdverantwoordelijke voor de ontwikkeling en bouw van de hele spectrometer. In het onderzoek naar energierijke verschijnselen in het heelal vullen deze twee ruimtetelescopen elkaar uitstekend aan. Chandra levert beelden met meer detail, maar XMM-Newton ziet zwakkere objecten en kijkt dus verder het heelal in.