Je leest:

Eerste middelgrote zwarte gat gevonden

Eerste middelgrote zwarte gat gevonden

Auteur:

Astronomen hebben met radiotelescoop ALMA in Chili voor het eerst een middelgroot zwart gat ontdekt. Dat is een noodzakelijke tussenschakel tussen zwarte gaten die ontstaan uit één ster, en het monster van miljoenen zonsmassa’s in het centrum van onze Melkweg.

Tegenwoordig gaan astronomen ervan uit dat elk sterrenstelsel een superzwaar zwart gat in het centrum heeft. Ook het centrum van onze Melkweg, Sagittarius A* genaamd, bevat een zwart gat dat ongeveer vier miljoen zonsmassa’s zwaar is. Dat is nog bescheiden: andere sterrenstelsels bevatten een centraal zwart gat van miljarden zonsmassa’s. De massa van de zon, ~ 2 × 1030 kilo, wordt in de astronomie vaak gebruikt als eenheid voor de massa van andere hemellichamen.

Tussenvormen

Een van de grote vragen in de astronomie is hoe die reuzen ontstaan zijn. Van kleine (‘stellaire’) zwarte gaten weten we dat: die ontstaan uit het ineenstorten van één ster onder de eigen zwaartekracht. Zulke zwarte gaten zijn niet zwaarder dan enige tientallen zonsmassa’s. Als de superzware ontstaan uit het achtereenvolgens opslokken van stellaire zwarte gaten, zou je verwachten dat er ook allerlei tussenvormen bestaan. Maar zwarte gaten van duizenden of een paar honderdduizend zonsmassa’s zijn nog nooit ondubbelzinnig waargenomen.

Japanse onderzoekers zeggen nu een zeer sterke kandidaat te hebben gevonden voor zo’n Intermediate Mass Black Hole (IMBH). Dit zwarte gat zou ongeveer honderdduizend zonsmassa’s wegen, en zich verschuilen in een ondoorzichtige gaswolk (met catalogusnummer CO–0.40–0.22) vlak bij het centrum van de Melkweg. Eerder zijn in andere sterrenstelsels ook wel kandidaat-IMBH’s gevonden, maar niet eerder in onze eigen Melkweg.

Imbh1
De locatie van het middelzware zwarte gat (bij het witte kruisje), in de buurt van het centrum van de Melkweg.
Tomoharu Oka, Nature Astronomy

Heftige beweging

Het team gebruikte ALMA, een grote Europese radiotelescoop in Chili, om door die gaswolk heen te kijken. Door de beweging van dit gas ten opzichte van de aarde verandert de waargenomen frequentie van de straling (een gevolg van het Doppler-effect). Hieruit is af te leiden dat dit gas heftig beweegt rondom een relatief zeer klein volume waarin al die massa geconcentreerd zit. Bovendien ontdekten de Japanse onderzoekers op die plek een puntbron van radiostraling van dezelfde soort die ook door het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg wordt uitgezonden.

“Dit ziet er heel sterk uit”, zegt Simon Portegies Zwart, astronoom aan de Leidse Sterrenwacht, en zelf niet betrokken bij dit onderzoek. Het zwarte gat zelf is strikt genomen niet waarneembaar. Is het nog mogelijk dat dit zware object in gaswolk CO–0.40–0.22 in feite iets anders is? Portegies Zwart: “Het is een kwestie van de totale massa bepalen, het volume afschatten en dan de vraag beantwoorden: wat past daar in? De enige andere mogelijkheid zou zijn: een zeer compacte zwerm van honderden stellaire zwarte gaten. Maar dat is zo iets onwaarschijnlijks, daar gelooft eigenlijk niemand in.”

Archeseso0921a
Infrarood-opname van de Arches-stercluster, die nog dichter bij het centrum van de Melkweg ligt. Deze cluster bestaat uit zeer zware en jonge (~2,5 miljoen jaar) sterren. Ook hierin zou zich later een middelzwaar zwart gat (IMBH) kunnen vormen.
M15cluster
In de kern van stercluster Messier 15 (M15) zitten sterren zo dicht op elkaar, dat ze relatief vaak botsen en samensmelten. Mogelijk is daardoor ook in M15 een middelzwaar zwart gat ontstaan, maar daar is nog geen doorslaggevend bewijs voor.

Een jaar of tien geleden deed Portegies Zwart computersimulaties aan sterclusters, dichtbevolkte zwermen van sterren die in de Melkweg en andere sterrenstelsels veel voorkomen. In het centrum van zo’n cluster zitten sterren zo dicht op elkaar, dat ze met enige regelmaat met elkaar in botsing komen en samensmelten. Uit Portegies Zwarts’ simulaties blijkt dat daaruit eerst een enorme ‘superster’ ontstaat, die al snel in elkaar stort tot een zwart gat van ongeveer duizend zonsmassa’s. Dit zwarte gat slokt vervolgens de ene na de andere ster in de cluster op, wat tenslotte een IMBH van duizenden zonsmassa’s oplevert. “In die zin kun je zeggen dat ik voorspeld heb wat nu gevonden is,” stelt Portegies Zwart.

Computersimulaties

Deze IMBH bevindt zich in een baan van slechts 250 lichtjaar diameter rond het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg. Volgens Portegies Zwarts simulaties betekent dit dat deze IMBH over ongeveer honderd miljoen jaar in het superzware zwarte gat zal storten. De computersimulaties geven ook aan dat dit in het bestaan van de Melkweg vaak genoeg gebeurd is om het zwarte gat in het centrum te laten groeien tot de huidige vier miljoen zonsmassa’s. Ook de superzware zwarte gaten in andere sterrenstelsels kunnen zo aan hun enorme massa gekomen zijn.

Als twee van zulke grote zwarte gaten versmelten, veroorzaakt dat zeer sterke zwaartekrachtsgolven. Dit zijn trillingen in de ruimte-tijd die in 2016 voor het eerst zijn gedetecteerd door de Amerikaanse detector Ligo. Echter, dit betrof zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door het samensmelten van twee stellaire zwarte gaten. Als een IMBH samensmelt met een superzwaar zwart gat veroorzaakt dat zwaartekrachtsgolven met een veel langere golflengte, die Ligo en andere detectors op aarde, niet kunnen detecteren.

Mede daarom wordt nu gebouwd aan Lisa, een netwerk van satellieten, dat zulke lange golven wel kan detecteren, zelfs als ze uit een sterrenstelsel miljarden lichtjaren verderop komen. Portegies Zwarts simulaties geven aan dat Lisa maar liefst twee van zulke fusies per week moet kunnen detecteren. De lancering van Lisa staat gepland rond 2030. Als alles klopt, zullen we dan bijna live kunnen zien hoe superzware zwarte gaten aangroeien.

Bron

Millimetre-wave emission from an intermediate-mass black hole candidate in the Milky Way, Tomoharu Oka e.a., Nature Astronomy, 4 september 2017

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 september 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE