Radiofilm van een jet: een nieuw beeld van plasmastromen rond een superzwaar zwart gat

Zevenentwintig jaar aan waarnemingen van een van de helderste actieve sterrenstelsels in het universum hebben eindelijk geleid tot een continu beeld. De blazar 3C 345, gelegen op een afstand van ongeveer vijf miljard lichtjaar, is lange tijd een object van nauwgezette aandacht geweest. Zijn relativistische jet, uitgestoten door een superzwaar zwart gat in het centrum, vertoonde heldere 'knopen' die leken te racen met een snelheid die hoger was dan die van het licht. Astronomen hebben ze decennialang verklaard als schokgolven — fronten van plasmacompressie die sneller door de jet bewegen dan de omringende materie. Een nieuw onderzoek, gepubliceerd in Nature, toont aan dat dit vertrouwde beeld, althans voor 3C 345, niet standhoudt.

Een team van onderzoekers paste het kine-algoritme toe — een methode op basis van neurale netwerken die in staat is om verspreide radio-opnames om te zetten in een continue gepolariseerde video. De basis werd gevormd door 116 waarnemingen, uitgevoerd van 1995 tot en met 2022 door het VLBA-netwerk in het kader van het MOJAVE-programma op een frequentie van 15 GHz. Het algoritme verwerkt alle gegevens tegelijkertijd, rekening houdend met ruimtelijke en temporele verbanden, en levert een vloeiend model op dat op elk gewenst moment kan worden 'afgespeeld'. Het resultaat is indrukwekkend: de resolutie is ongeveer vier keer zo hoog in vergelijking met traditionele methoden, en het dynamisch bereik is bijna 140 keer zo groot. In plaats van afzonderlijke heldere vlekken zagen de wetenschappers een integrale plasmastroom en konden ze de lokale snelheid op elk punt van de jet meten.

De video toonde aan dat de heldere knopen met ongeveer dezelfde snelheid bewegen als het omringende plasma. Er werd geen merkbare voorsprong gevonden die nodig zou zijn voor schokgolven. Bovendien vielen de helderheidspieken niet samen met de polarisatiemaxima — nog een argument tegen de klassieke interpretatie. Polarisatiegegevens wijzen eerder op lokaal versterkte magnetische gebieden, waarvan de helderheid extra wordt vergroot door de bewegingsrichting. Plasma stroomt continu uit de compacte kern, waarbij soms afzonderlijke heldere structuren worden uitgestoten die aanvankelijk bijna ballistisch vliegen, vervolgens soepel langs de as van de jet draaien en oplossen in een diffuse 'pluim'.

Deze ontdekking heeft voorlopig alleen betrekking op 3C 345. De auteurs benadrukken dat de conclusies niet automatisch moeten worden doorgetrokken naar alle jets van actieve galactische kernen. Desalniettemin is de methode al klaar voor toepassing op archieven van honderden objecten. Als een soortgelijk beeld zich herhaalt, kunnen de opvattingen over hoe superzware zwarte gaten materie versnellen en structureren, ingrijpend veranderen.

Achter de cijfers en algoritmen schuilt iets meer. Miljarden jaren geleden in een ver sterrenstelsel bracht materie die op een zwart gat viel een smalle relativistische straal voort, die tot op de dag van vandaag de intergalactische ruimte doorkruist. Wij, levend op een piepkleine planeet, hebben met behulp van radiotelescopen verspreid over de aarde en neurale netwerken de beweging van plasma in deze straal kunnen waarnemen. Het universum blijkt zo in elkaar te zitten dat de meest grandioze processen — het ontstaan van jets bij de waarnemingshorizon, magnetische velden, relativistische snelheden — sporen achterlaten die kunnen worden ontcijferd. En elke nieuwe methode versterkt alleen maar het gevoel: de wereld waarin wij bestaan, is ongelooflijk precies en complex verbonden, en wat er in de diepten ervan gebeurt, overstijgt ver de gebruikelijke schalen.