De sterke magneetvelden die sommige zwarte gaten duidelijk hebben, erven ze van de ster waar ze uit zijn ontstaan. Dat blijkt uit simulaties van sterren die ineenstorten tot zwarte gaten.
Je kent zwarte gaten waarschijnlijk vooral als kosmische putten waar alles dat te dichtbij komt in verdwijnt en nooit meer uit kan ontsnappen. Maar ze zijn meer dan dat. De zwarte monsters kunnen ook krachtige straalstromen van geladen deeltjes en straling het heelal in slingeren. Dat vuurwerk kan leiden tot een gammaflits, een heftige uitbarsting waarbij in een paar seconde meer energie vrijkomt dan de zon in haar hele leven produceert.
Om dit kosmische vuurwerk te veroorzaken, moeten zwarte gaten een sterk magneetveld hebben, concluderen astrofysici. Maar lange tijd was het onduidelijk hoe zwarte gaten aan zo’n sterk magneetveld komen. Nu hebben Amerikaanse astrofysici met simulaties aangetoond dat ze die magneetvelden erven het van de moederster die ineenstort tot het zwarte gat. Hun resultaten verschenen in het vakblad The Astrophysical Journal.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Uitsluitende eigenschappen
Zwarte gaten kunnen ontstaan als een zware ster zijn leven eindigt met een supernova-explosie, waarbij het restant ineenstort tot een super-compacte proto-neutronenster, en vervolgens tot een zwart gat. Om de waargenomen krachtige straalstromen met gammaflitsen te verklaren, moeten deze zwarte gaten twee eigenschappen hebben: een sterk magneetveld én een hoge rotatiesnelheid.
Het magneetveld is de aanjager van de wegschietende straalstromen. En de hoge rotatiesnelheid veroorzaakt de vorming van een zogeheten accretieschijf. Dit is een kolkende schijf van stof en gas die om een ster of zwart gat draait. Het materiaal uit die accretieschijf voedt bij zwarte gaten de straalstromen.
In de meeste theoretische modellen lijken die twee eigenschappen elkaar uit te sluiten: je hebt óf snelle rotatie óf een sterk magneetveld. De Amerikaanse astrofysici besloten te onderzoeken of die twee verenigbaar zijn. Daarvoor simuleerden ze de proto-neutronenster, en hoe die ineenstort tot een zwart gat.
Moeders magneetveld
‘We ontdekten dat deze neutronensterren zelf een accretieschijf hebben, net als zwarte gaten’, zegt astrofysicus Ore Gottlieb, van het Flatiron Instituut in New York. ‘En dus is het idee dat een accretieschijf misschien het magnetische veld van de neutronenster kan opslaan. Op die manier zal zich een zwart gat vormen met dezelfde magnetische veldlijnen als de neutronenster.’
Met zijn collega’s liet Gottlieb zien dat er inderdaad een accretieschijf kan ontstaan rondom de neutronenster – die de voorloper, of de moeder is van het zwarte gat. De rotatiesnelheid van die neutronenster is hoog, omdat ze het resultaat is van een ineengestorte, roterende ster. Net als een kunstschaatser die een pirouette draait, gaat een ster sneller draaien als hij kleiner wordt.
Bovendien blijkt die accretieschijf behouden als de neutronenster ineenstort tot een zwart gat. En dat blijkt de sleutel tot het behoud van het magneetveld. De simulaties tonen aan dat de schijf de magnetische veldlijnen van de neutronenster kan meenemen, en ze als het ware kan verankeren aan het zwarte gat.
Gottlieb: ‘De schijf stelt het zwarte gat dus in staat om een magnetisch veld te erven van zijn moeder, de neutronenster.’ Dit resulteert in een zwart gat dat zowel de hoge rotatiesnelheid als het magneetveld erft.
Dit inzicht verklaart niet alleen het sterke magneetveld dat zwarte gaten met straalstromen lijken te hebben. Het biedt mogelijk ook een nieuwe kijk op het belang van accretieschijven bij het ontstaan van de straalstromen en de gammaflitsen.
