Supermassieve zwarte gaten die zich verbergen in galactische centra worden vaak beschreven als kosmische monsters. Dit zijn echter praktisch onzichtbare beesten. Om ze te vinden, is het noodzakelijk om de snelheid te meten van gaswolken die om hen heen draaien.
Soms verklaren ze echter hun bestaan door krachtige stralen vrij te geven die zulke enorme energievolumes dragen dat ze in staat zijn om de hele gloed van galactische sterren te overschaduwen. Deze relativistische stralen zijn twee plasmastromen die in tegengestelde richtingen bewegen met snelheden die dichtbij het licht liggen.
Maar de natuurkunde die ze bestuurt, blijft nog lang mysterieus. Nieuw onderzoek probeert een aantal redenen voor het ongewone uiterlijk van de jets bloot te leggen. Hun exclusiviteit ligt in een indrukwekkende stabiliteit. Ze weten te ontsnappen uit een regio ter grootte van een evenementenhorizon en wijken af van het gaststelsel, terwijl ze hun oorspronkelijke vorm behouden. Dit komt overeen met een lengte die een miljard maal de oorspronkelijke straal is. Stelt u zich eens voor hoe een waterfontein uit een slang met een breedte van 1 cm wordt getrokken en stabiel blijft gedurende 10.000 km. Maar op grote afstand verliezen de stralen hun samenhang en ontwikkelen ze langwerpige structuren die vaak op draaikolken lijken. Dus ze zijn onderhevig aan enige instabiliteit en veranderen van uiterlijk.
Jet dichotomie
De eerste astrofysische straal in 1918 werd opgemerkt door Geber Curtis. Hij stelde vast dat het fenomeen een verband zou moeten hebben met de kern van het elliptische stelsel M87.
In de jaren 1970 Bernie Fanaroff en Julia Riley waren in staat om een groot aantal jets te verkennen. Ze realiseerden zich dat ze kunnen worden verdeeld in twee klassen: die waarvan de helderheid afneemt met de afstand, en degenen waarvan de helderheid aan de randen toeneemt. Het tweede type is 100 keer helderder dan het eerste. Beiden zijn begiftigd met een iets andere vorm aan het eind - de eerste lijkt op een knipperende pluim en de tweede - een smalle turbulente stroming.
Wanneer de jetstroom versnelling ontvangt van een zwart gat, bereikt deze 99,9% van de lichtsnelheid. Met zo'n snelheid vertraagt de stroom van tijd in de straal, gemeten door een externe waarnemer, volgens de speciale theorie van Einstein. Verschillende delen van de jet worden onderling uitgewisseld en beschermen zo hun integriteit.
Wanneer de jet wordt uitgeworpen uit een zwart gat, expandeert deze naar de zijkant. Deze uitzetting creëert druk in de straal en de gasdruk rond de straal neemt niet af. Dientengevolge overschrijdt de gasdruk de druk in de straal en wordt dan gecomprimeerd. Op dit punt komen de delen van de straal samen en herstellen ze het contact. Als bepaalde gebieden instabiel worden, kan dit de hele straal beïnvloeden. Het is belangrijk op te merken dat de stroom na expansie en samentrekking niet direct, maar langs een gebogen pad beweegt. Gebogen stromen hebben waarschijnlijk last van centrifugale instabiliteit en vormen daarom een vortexstructuur.
Computermodellen laten zien dat relativistische stralen stabiliteit verliezen door de centrifugale instabiliteit, die aanvankelijk alleen hun contact met het galactische gas beïnvloedt. Deze instabiliteit is zo gevaarlijk dat de straal niet rechtop staat en inferieur is aan turbulentie.
De bestudering van deze processen zal u toelaten de indrukwekkende stabiliteit van astrofysische stralen beter te begrijpen. Het zal ook helpen om de twee klassen en de redenen voor hun uiterlijk te begrijpen.
