Mysterieuze spiraalarmen verklaard?

Het sterrenstelsel M106 met de vreemde 'spookspiraalarmen'
16 april 2007

Met behulp van een trio van ruimteobservatoria hebben astronomen misschien een verklaring gevonden voor een 45 jaar oud mysterie rond twee 'spookspiraalarmen' in het sterrenstelsel M106 (ook bekend als NGC 4258).

De resultaten werden bekomen door een team van de Universiteit van Maryland in de Verenigde Staten. Het maakte daarvoor gebruik van de unieke mogelijkheden van de ruimteobservatoria XMM-Newton van ESA, en het Chandra röntgenobservatorium en de Spitzer Space Telescope van de NASA.

Extra spiraalarmen

XMM-Newton
XMM-Newton helpt de mysteries van het heelal te ontsluieren

M106 (alias NGC 4258) is een spiraalsterrenstelsel op een afstand van 23,5 miljoen lichtjaar in het sterrenbeeld Jachthonden. Op beelden in zichtbaar licht zijn duidelijk twee spiraalarmen te zien vanuit de heldere kern naar buiten toe.Ze bevatten vooral jonge en heldere sterren, die het gas in de armen doen oplichten.

'Maar op radio- en röntgenopnamen wordt het beeld overheerst door twee bijkomende spiraalarmen, die als een soort spookbeeld tussen de hoofdarmen verschijnen', zegt Andrew Wilson van de Universiteit van Maryland. Deze 'spookarmen' bestaan vooral uit gas.

'De aard van deze armen stelt de astronomen al heel lang voor een raadsel', zegt Yuxuan Yang, hoofdauteur van het team. 'Ze zijn al een mysterie van toen ze voor het eerst in het begin van de jaren '60 werden ontdekt.'

Door gegevens te analyseren van XMM-Newton, Spitzer en Chandra, heeft het team eerdere vermoedens kunnen bevestigen dat de spookarmen bestaan uit gas, dat fel verhit worden door schokgolven.

Een theorie…

XMM STM acoustic testing at ESTEC
Akoestische tests met XMM-Newton te ESTEC in Noordwijk (Nederland) voor de lancering van het observatorium in 1999

Eerder werd gesuggereerd dat de spookarmen bestaan uit jets van deeltjes die worden uitgestoten door een supermassief zwart gat in de kern van M106. Maar radiowaarnemingen met de Very Large Array in New Mexico identificeerden later nog een ander paar jets, die hun oorsprong in de kern vinden.

'Het is zeer onwaarschijnlijk dat een actieve kern van een sterrenstelsel meer dan één paar van dergelijke jets kan hebben', aldus Yang.

In 2001 merkte een ander team sterrenkundigen van de Universiteit van North Carolina in de Verenigde Staten op dat deze twee jets 30 graden hellen ten overstaan van de schijf van het sterrenstelsel. Als één van de jets echter verticaal zou geprojecteerd worden op de schijf, dan zouden ze bijna perfect uitgelijnd zijn met de spookarmen.

Dat kon volgens het team geen toeval zijn. De onderzoekers meenden dat de jets in de richting waarin ze zich bewegen gas verhitten en aldus een zich uitzettende cocon vormen. Omdat de jets nabij de schijf van M106 liggen, verhit de cocon ook gas in die schijf en ontstaan schokgolven, die het gas tot miljoenen graden veritten en het fel doen oplichten in x-straling en andere golflengten.

… bevestigd door waarnemingen

XMM SOC
Het XMM Newton Science Operations Centre (SOC) in ESAC in Villafranca (Spanje)

Om dit idee te testen keken Yang en zijn collega's naar gearchiveerde spectrale waarnemingen van XMM-Newton. Dankzij de uitzonderlijke gevoeligheid van dit ruimteobservatorium kon het team de temperatuur van het gas in de spookarmen meten en zo vaststellen hoe x-straling van het gas geabsorbeerd wordt door materie.

'Eén van de voorspellingen van dit scenario is dat de spookarmen langzaamaan uit het vlak van de galactische schijf worden weggeduwd door gassen die door de jets worden verhit', zegt Yang.

De spectra van XMM-Newton tonen dat x-straling sterker geabsorbeerd wordt in de richting van de noordwestelijke arm dan in de zuidoostelijke arm. De resultaten suggereren sterk dat de zuidoostelijke arm zich gedeeltelijk bevindt langs de meer nabije kant van de schijf van M106 en de noodwestelijke arm gedeeltelijk langs de verder afgelegen kant.

De onderzoekers merkten op dat deze waarnemingen goed overeenkomen met hun vooropgestelde scenario.

Schokgolven

XMM-Newton
Waarnemingen van XMM-Newton en twee Amerikaanse observatoria bevestigden eerdere vermoedens

Een extra bevestiging kwam onlangs ook van gearchiveerde waarnemingen van de Spitzer Space Telescope van de NASA, die in het infrarood duidelijke aanwijzingen geven dat de emissie van x-straling van de noordwestelijke arm wordt geabsorbeerd door warme gassen en stof in de schijf van het sterrenstelsel. En verder wijzen de meer gedetailleerde opnamen van Chandra op schokgolven in de gassen als gevolg van interactie met de twee jets.

De waarnemingen lieten niet alleen toe het probleem van de 'spookarmen' aan te pakken. De onderzoekers konden ook een schatting maken van de energie in de jets en hun relatie inschatten die ze met het zwart gat in de kern van M106 hebben.

Opmerking

XMM-Newton
XMM-Newton logo

De resultaten zullen worden gepubliceerd in het nummer van 10 mei 2007 van het Astrophysical Journal, in het artikel Spatially resolved X-ray spectra of NGC 4258 door Y. Yang, B. Li, A. S. Wilson, C. S. Reynolds. Zie ook hier.

Meer informatie

Yuxuan Yang
University of Maryland
yyang@astro.umd.edu

Norbert Schartel
ESA XMM-Newton Project Scientist
norbert.schartel @ sciops.esa.int

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.