Astronomen hebben een superzwaar zwart gat gespot dat met enorme snelheid en onbekende bestemming door het heelal schiet. Niet eerder is een zo duidelijk geval van een bewegend gat gezien.
‘We verwachten niet dat de meerderheid van superzware zwarte gaten zich verplaatst. Normaal gesproken vinden ze het prima om gewoon op hun plek te blijven zitten’, zegt astronoom en leider van het onderzoek Dominic Pesce van het Centrum voor Astrofysica in de Verenigde Staten in een persbericht. ‘Ze zijn zo zwaar dat het lastig is om ze in beweging te krijgen. Bedenk hoeveel moeilijker het is om een bowlingbal vooruit te schoppen dan een voetbal. En hier gaat het dan om een bowlingbal die vele miljoenen keren de massa van onze zon heeft. Dat vergt een aardig krachtige schop.’
Toch blijkt het bestudeerde zwarte gat een snelheid te hebben van ongeveer 177.000 kilometer per uur ten opzichte van het sterrenstelsel waar het vandaan kwam. Het superzware zwarte gat bevindt zich op meer dan 230 miljoen lichtjaar afstand van de aarde en is ongeveer 3 miljoen keer zo zwaar als de zon.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Precisiemeting
Pesce en zijn team ontdekten het bewegende zwarte gat toen ze de afgelopen jaren tien sterrenstelsels bestudeerden. Net als de meeste andere sterrenstelsels, onze eigen Melkweg inbegrepen, bevatten die allemaal een superzwaar zwart gat. In de schijf die deze zwarte gaten omringt, de zogenoemde accretieschijf, hoopt gas en stof zich op. De materie die in de schijf zit, licht op als ze naar het centrum van het zwarte gat wordt toegezogen. Doordat de materie in deze schijf ontzettend heet is, ontstaat er ook röntgenstraling.
De accretieschijven van de tien bestudeerde zwarte gaten bevatten water wat een laserachtige straal van radiolicht produceert, die we een maser noemen. Met een netwerk van radioantennes en de op interferentie gebaseerde techniek VLBI kunnen masers helpen om de snelheid van het zwarte gat in het midden van een accretieschijf heel precies te meten, legt Pesce uit. Zo vonden de wetenschappers uit dat een van de tien zwarte gaten niet in rust was, maar bewoog.
Onzichtbaar gat
Hoe het komt dat dit zwarte gat aan de wandel is gegaan, is nog niet duidelijk. Een van de mogelijke verklaringen is dat twee sterrenstelsels met elkaar botsen. Of beter gezegd: ‘samengaan’, want de sterren in de sterrenstelsels botsen niet doordat er zoveel lege ruimte tussen zit. Dat twee stelsels samengaan, zou ook hier het geval kunnen zijn, zegt astronoom Peter Jonker van de Radboud Universiteit in Nijmegen en het Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek, SRON, die niet betrokken was bij het onderzoek. ‘Als een van de twee stelsels geen zwart gat heeft, dan kan het centrale zwart gat van het andere stelsel gaan bewegen ten opzichte van dat sterrenstelsel’, legt hij uit.
Het is ook mogelijkheid dat beide stelsels een zwart gat met zich meebrengen. Dan ontstaat er een dubbelsysteem, waarbij de twee gaten om elkaar heen draaien. Toch zagen de onderzoekers één zwart gat, en niet twee. ‘Als een van beide zwarte gaten geen accretieschijf heeft, dan zien we dat gat niet. We nemen maar één zwart gat waar, en dat beweegt om het andere heen’, zegt Jonker.
Om een zwart gat zonder accretieschijf waar te nemen, kunnen we ons richten op de zwaartekrachtgolven, de trillingen van de ruimte die vrijkomen bij de beweging. De techniek daarvoor bestaat al, maar die kunnen we nog niet toepassen op zulke zware bronnen. De frequentie van de zwaartekrachtgolven die daaruit voortkomen, is te laag om ze te kunnen meten vanaf de aarde. ‘Als we deze zwaartekrachtgolven kunnen meten vanuit de ruimte, zouden we een tweede zwart gat zonder accretieschijf kunnen waarnemen en bevestigen dat het dubbelsysteem bestaat’, zegt Jonker.
Zwart gat krijgt kick
Er is nog een mogelijke verklaring voor de waargenomen snelheid. Als de zwarte gaten in een dubbelsysteem lang genoeg om elkaar heen draaien, zullen ze uiteindelijk samensmelten. ‘Doordat die samenvoeging in de regel niet symmetrisch is, krijgt het nieuwgevormde zwarte gat een kick en schiet het met een grote snelheid bij het centrum van het sterrenstelsel vandaan’, zegt Jonker.
Hoewel Jonker de optie van een samengesmolten zwart gat dat wegschiet het spectaculairst vindt, lijkt hem dat niet de meest waarschijnlijke verklaring. ‘De periode van wegschieten neemt de minste tijd in beslag, in vergelijking met de andere verklaringen. Daarom zou de eerste optie, van twee samenvoegende sterrenstelsels, logischer zijn.’
Nauwkeurige observatie kan uitwijzen welke verklaring juist is. Zo zou een veranderende snelheid in de komende paar jaar duiden op een dubbelsysteem, en een positieverandering op lange termijn pleiten voor een wegschietend zwart gat.
