Onderzoekers hebben een grote stap gezet in het begrijpen hoe zwarte gaten het universum beïnvloeden door de kracht van hun stralen direct te meten, een taak die ongeveer even makkelijk klinkt als een orkaan meten met een liniaal. Met behulp van een wereldwijd netwerk van radiotelescopen heeft een team onder leiding van Curtin University gedetailleerde beelden vastgelegd die laten zien hoe energiek deze stralen kunnen zijn, wat lang bestaande theorieën bevestigt dat zwarte gaten de ultieme overpresteerders van het universum zijn.

De studie, gepubliceerd in Nature Astronomy, richtte zich op Cygnus X-1, een bekend systeem dat het eerste bevestigde zwarte gat en een enorme superreuzenster omvat. Wetenschappers bepaalden dat de stralen die uit dit zwarte gat stromen een energie-output hebben gelijk aan ongeveer 10.000 zonnen, wat nogal wat zonnen zijn.

Om deze meting te doen, vertrouwde het team op een wijd verspreide array van telescopen die samen als één werken. Deze opstelling stelde hen in staat te zien hoe de stralen werden geduwd en vervormd door krachtige winden van de nabijgelegen ster terwijl het zwarte gat in zijn baan bewoog. Het effect is vergelijkbaar met hoe sterke windstoten op aarde een waterstraal van een fontein kunnen buigen, als die fontein werd aangedreven door de geconcentreerde woede van 10.000 sterren.

Door de kracht van de sterrenwind te berekenen en bij te houden hoeveel de stralen werden afgebogen, konden onderzoekers het vermogen van de stralen op een specifiek moment bepalen. Dit is de eerste keer dat wetenschappers de momentane energie van zwarte-gatstralen direct hebben gemeten in plaats van te vertrouwen op langetermijngemiddelden, wat lijkt op het meten van een bliksemschicht in plaats van de gemiddelde jaarlijkse neerslag.

Het team mat ook de snelheid van de stralen en ontdekte dat ze met ongeveer de helft van de lichtsnelheid reizen, of ongeveer 150.000 kilometer per seconde. Het bepalen van deze snelheid is jarenlang een uitdaging geweest voor wetenschappers, vermoedelijk omdat hun radarpistolen bleven smelten.

Het project werd geleid door het Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA) en het Curtin-knooppunt van het International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), met bijdragen van de Universiteit van Oxford.

Hoofdauteur Dr. Steve Prabu, die tijdens het onderzoek bij CIRA werkte en nu verbonden is aan de Universiteit van Oxford, legde uit dat het team een reeks beelden gebruikte om wat hij beschreef als "dansende stralen" te volgen. Deze term verwijst naar de manier waarop de stralen herhaaldelijk van richting veranderen terwijl ze worden geduwd door de sterke winden van de superreuzenster terwijl beide objecten om elkaar heen draaien, wat de meest destructieve wals van het universum creëert.

Dr. Prabu zei dat deze observaties onthullen hoeveel van de energie die nabij een zwart gat wordt gegenereerd, wordt overgedragen naar zijn omgeving, wat de omgeving eromheen beïnvloedt. "Een belangrijke bevinding van dit onderzoek is dat ongeveer 10 procent van de energie die vrijkomt wanneer materie naar het zwarte gat valt, wordt weggevoerd door de stralen," zei Dr. Prabu. "Dit is wat wetenschappers meestal aannemen in grootschalige gesimuleerde modellen van het universum, maar het was tot nu toe moeilijk te bevestigen door observatie," voegde hij eraan toe, waarmee hij bevestigde dat de simulatie soms inderdaad correct is.

Medeauteur Professor James Miller-Jones, van CIRA en het Curtin-knooppunt van ICRAR, merkte op dat eerdere technieken alleen het straalvermogen over extreem lange periodes konden schatten, soms duizenden of miljoenen jaren omspannend. Dit maakte het moeilijk om straalenergie direct te vergelijken met de röntgenstraling die wordt geproduceerd wanneer materie in een zwart gat valt, een klassiek geval van kosmische meetonhandigheid.

"En omdat onze theorieën suggereren dat de fysica rond zwarte gaten zeer vergelijkbaar is, kunnen we deze meting nu gebruiken om ons begrip van stralen te verankeren, of ze nu afkomstig zijn van zwarte gaten die 10 of 10 miljoen keer de massa van de zon hebben," zei professor Miller-Jones, wat een heerlijke schaalbaarheid van de vernietiging suggereert.

"Met radiotelescoopprojecten zoals het Square Kilometre Array Observatory dat momenteel wordt gebouwd in West-Australië en Zuid-Afrika, verwachten we stralen van zwarte gaten in miljoenen verre sterrenstelsels te detecteren, en het ankerpunt dat door deze nieuwe meting wordt geboden, zal helpen hun totale energie-output te kalibreren," vervolgde hij, waarbij hij een plan schetste om de krachtigste haardrogers van het universum te catalogiseren.

"Zwarte-gatstralen vormen een belangrijke bron van feedback voor de omgeving en zijn cruciaal voor het begrijpen van de evolutie van sterrenstelsels," concludeerde hij, waarmee hij ons eraan herinnerde dat zelfs kosmische leegtes zich moeten uiten.

Andere medewerkers aan het onderzoek waren de Universiteit van Barcelona, de Universiteit van Wisconsin-Madison, de Universiteit van Lethbridge en het Institute of Space Science.