ELEKTRONEN EN POSITRONEN OVERHEERSEN IN JETS

Quasars behoren tot de helderste objecten aan de hemel. Ze staan op grote afstand van de aarde (en moeten dus enorme hoeveelheden energie uitzenden), variëren soms sterk in helderheid en stoten met hoge snelheid plasmastromen of jets uit. Het mechanisme achter dit kosmische geweld, zo veronderstellen astrofysici, is stellair gas dat in een superzwaar zwart gat valt, ongeveer een miljard zonsmassa's groot. Tijdens dit proces vormt zich een accretieschijf om het zwarte gat, van waaruit de materie via interne wrijving naar binnen spiraliseert, opwarmt en straling uitzendt.

Tegelijk vallen quasars op door het optreden van jets: sterk gecollimeerde plasmastromen die in interactie tussen het massieve zwarte gat en de accretieschijf ontstaan en juist naar buiten gericht zijn. De eigenschappen van deze jets laten de astrofysicus zien onder welke condities ze ontstaan. De jets kunnen enorme lengtes hebben, tot duizenden lichtjaren. Vlakbij het zwarte gat is de snelheid van het plasma vrijwel de lichtsnelheid. Al ronddraaiend om magnetische veldlijnen zenden de plasmadeeltjes synchrotronstraling uit, van radiogolven tot harde gammastraling.

Over de samenstelling van deze jets bestond onder astrofysici onduidelijkheid. Sommigen gingen uit van elektronen en protonen, vergelijkbaar met de invallende deeltjes uit de accretieschijf. Anderen hielden het op elektronen en positronen (een positron is een positief geladen elektron en daarmee zijn anti-deeltje). Deze week komt een groep Amerikaanse astrofysici op basis van subtiele polarisatie-metingen in het radiogebied aan de quasar 3C279 tot de conclusie dat de combinatie elektronen-positronen overheerst (Nature, 1 oktober).

De metingen zijn verricht met de VLBA (Very Long Baseline Array), bij een golflengte van 2,0 cm. De VBLA bestaat uit een serie samenwerkende radiotelescopen, ieder met een diameter van 25 meter en verspreid over het totale grondgebied van de Verenigde Staten: van de Virgin Eilanden tot Hawaii. De waarnemingen betreffen het circulair gepolariseerde deel van de door 3C279 uitgezonden synchrotronstraling. Het gaat hier om een zeer zwak signaal en het detecteren alleen al is een prestatie van formaat. Circulair gepolariseerd wil zeggen dat de golven niet in willekeurige richtingen trillen, maar in een draaiend vlak. Theoretische analyse laat zien dat de nu waargenomen polarisatie duidt op jets die vooral uit elektronen en positronen bestaan.

De jets ontwikkelen hun hoge snelheden waarschijnlijk als gevolg van magnetische effecten, of onder invloed van de stralingsdruk vlakbij het massieve zwarte gat. De productie van elektron-positronparen zou het gevolg kunnen zijn van sterk energetische botsingen tussen fotonen en protonen. Dankzij de nu gepubliceerde resultaten kunnen astrofysici zich een beter beeld vormen van de natuurkunde achter de jets.