De James Webb Space Telescope (JWST) heeft astronomen voorzien van ongekende midden-infraroodwaarnemingen van Sagittarius A (Sgr A ), het superzware zwarte gat in het centrum van onze Melkweg. Deze nieuwe inzichten helpen wetenschappers het mysterie achter de uitbarstingen van deze kosmische reus te ontrafelen en de rol van magnetische velden bij het vormgeven van de materie rond zwarte gaten verder te verhelderen.
Het overbruggen van de kloof in waarnemingen van zwarte gaten
Jarenlang hebben wetenschappers uitbarstingen van zwarte gaten op verschillende golflengten bestudeerd – nabij-infrarood, radio en andere – die elk een uniek perspectief bieden op deze energetische gebeurtenissen. Het probleem was een ontbrekend stukje: midden-infraroodgegevens. Deze kloof belemmerde een volledig begrip van hoe fakkels evolueren en de mechanismen die ze aandrijven. De waarnemingen van de JWST, voor het eerst onthuld in januari 2025, vullen deze leemte op door infrarood- en radiogolflengten te koppelen aan kritische midden-infraroodgegevens.
Volgens Sebastiano von Fellenberg van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie: “De midden-infraroodgegevens zijn opwindend, omdat we dankzij de nieuwe JWST-gegevens de kloof kunnen dichten tussen het radio- en het nabij-infraroodregime, dat een ‘gapend gat’ was in het spectrum van Sgr A*.” Deze doorbraak bevestigt dat uitbarstingen voorkomen in het midden-infraroodspectrum, wat niet altijd consistent is met radiowaarnemingen.
Gelijktijdige analyse van meerdere golflengten
Dankzij de mogelijkheden van de JWST kon het team het zwarte gat tegelijkertijd op vier verschillende golflengten met één enkel instrument waarnemen. Hierdoor konden ze de midden-infrarode spectrale index meten, een cruciale stap in het begrijpen van de dynamiek van zonnevlammen.
De sleutel tot deze analyse ligt in het gedrag van snelle elektronen rond het zwarte gat. Terwijl ze langs magnetische veldlijnen spiraalsgewijs bewegen, zenden deze elektronen synchrotronstraling uit – een bijproduct van magnetische herverbinding en het vrijkomen van energie. De nieuwe waarnemingen bevestigen een proces dat ‘synchrotronkoeling’ wordt genoemd, waarbij deze elektronen energie verliezen en de waargenomen mid-infraroodemissies aandrijven.
Magnetische veldsterkte meten
Deze bevestiging is belangrijk omdat het een onafhankelijke meting van de magnetische veldsterkte rond Sgr A* mogelijk maakt. Eerdere metingen waren gebaseerd op andere parameters, zoals de elektronendichtheid, waardoor ze minder nauwkeurig waren. Von Fellenberg legt uit dat de nieuwe methode “behoorlijk ‘schoon’ is in die zin dat er niet veel aannames bij de meting hoeven te worden betrokken”, wat waardevolle gegevens oplevert voor theoretische modellen die in dit opzicht slecht beperkt zijn.
Het feit dat magnetische veldsterkten cruciaal zijn om te begrijpen hoe zwarte gaten functioneren, maakt deze ontdekking een stap voorwaarts in de astrofysica.
Het belang van observatie vanuit de ruimte
Deze waarnemingen zouden niet mogelijk zijn geweest zonder de JWST. De atmosfeer interfereert met mid-infraroodwaarnemingen vanaf de grond, en het Mid-Infrared Instrument (MIRI) van de telescoop, dat in de Medium-Resolution Spectrometer (MRS)-modus werkt, biedt de noodzakelijke gevoeligheid en golflengtedekking om de spectrale index te meten.
Zoals Von Fellenberg het stelt: “Om zo’n hoge gevoeligheid in het midden-infrarood te krijgen, moet je de ruimte in… Bovendien is het MIRI/MRS-instrument het eerste instrument dat je zo’n brede golflengtedekking geeft voor Sgr A*, een voorwaarde om de spectrale index te meten, dus het is echt een dubbele klap!”
Concluderend: de midden-infraroodwaarnemingen van Sagittarius A* door de JWST leveren cruciale nieuwe gegevens op over de dynamiek van opvlammingen van zwarte gaten, waardoor wetenschappers de magnetische veldsterkte met ongekende nauwkeurigheid kunnen meten. Deze doorbraak is een bewijs van de kracht van telescopen in de ruimte en zal ons begrip van deze raadselachtige kosmische objecten verfijnen.
