Je leest:

Eetgedrag zwarte gaten opgehelderd

Eetgedrag zwarte gaten opgehelderd

Auteur: | 22 juni 2006

Zelfs licht ontsnapt er niet aan: zwarte gaten zijn compleet donker. Toch produceren ze een kwart van alle straling in heelal. Hoe? Een internationaal team van sterrenkundigen onderzocht hoe zwarte gaten materiaal naar binnen trekken, verhitten en helder laten stralen voor het in het gat verdwijnt. Aan de waarnemingen met NASA’s röntgensatelliet Chandra deden ook de Nederlanders Michiel van der Klis en Rudy Wijnands mee.

Het werd al ver voor Einstein doorgerekend: maak een ster zwaar genoeg en zelfs licht ontsnapt niet aan de intense zwaartekracht. ‘Donkere sterren’ zouden compleet onzichtbaar worden. Nadat Einstein’s relativiteitstheorie óók van die zwarte gaten voorspelde, begonnen sterrenkundigen ernaar te zoeken met hun telescopen. Zo’n zwart gat mag dan zelf onzichtbaar zijn, het heeft via de zwaartekracht nog steeds invloed op zijn omgeving. Zo werden dubbelsterren gevonden met één onzichtbare en loeizware partner. Betere telescopen brachten een verrassing: het onzichtbare zwarte gat zond straling uit!

Einstein’s relativiteit hoefde niet in de vuilnisbak – zwarte gaten zélf waren nog steeds donker en de straling kwam uit de omgeving. Om zich heen verzamelen zwarte gaten schijven van stof en gas; restanten van de ster waaruit ze ontstonden, of gestolen plasma van een partner in een dubbelster. Voor het gas naar binnen spiraliseert zorgt wrijving in zo’n accretieschijf voor intense hitte en straling. Maar hoe trekt een zwart gat materiaal naar binnen? Zwaartekracht alleen is niet genoeg om de schijf uit haar omloopbaan te trekken – ergens verdwijnt omwentelingsenergie. Van der Klis, Wijnands en hun Amerikaanse collega’s hebben nu aangetoond dat de accretieschijf zichzelf afremt met magneetvelden.

Een zwart gat trekt zijn accretieschijf van omcirkelend stof en gas naar binnen door een deel van de schijf met hoge snelheid weg te blazen; de rest van het materiaal valt door dat snelheidsverlies uit zijn omloopbaan en verdwijnt in het zwarte gat. bron: NASA / CXC / M. Weiss Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Uit een omloopbaan, zoals van een satelliet rond de aarde, val je niet zomaar naar binnen. Zwaartekracht en middelpuntvliedende kracht houden elkaar netjes in evenwicht. Trek de satelliet iets naar binnen en hij draait net als een pirouette-draaiende kunstchaatser sneller rond tot er weer evenwicht is tussen de krachten. Voor een échte val naar het centrum moet er eerst omwentelingssnelheid worden geloosd. Zwarte gaten lossen dat op door een deel van hun accretieschijf met hoge snelheid weg te blazen; de rest van de schijf betaalt daarvoor met zijn eigen bewegingsenergie en valt naar het zwarte gat. Hoe die wind precies wordt aangedreven was tot voor kort een raadsel.

Bliezen de hoge druk en temperatuur in de schijf materiaal weg? Of slingerde de schijf delen van zichzelf met magneetvelden naar buiten? De Amerikaanse astronoom Jon Miller onderzocht het zwarte gat GRO J1655-40 om de wind uit de stofschijf te verklaren.

J1655 is zeven keer zo zwaar als de zon, 42 kilometer breed, staat op 11.000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Schorpioen en heeft een prachtige accretieschijf van naar binnen spiraliserend stof en gas om zich heen. Met Chandra, net als de bekende Hubble-telescoop één van NASA’s Great Observatories in de ruimte, konden Miller en zijn team de röntgenstraling uit de hete stofschijf meten. Ze hoopten daarin een vingerafdruk te vinden van het lanceermechanisme. En die vonden ze. Van alle mogelijke theoretische modellen paste magnetische lancering perfect op de waarnemingen; de stofschijf en wegstromende wind bleken lauw, voor sterrenkundige begrippen – een miljoen keer kouder dan de temperatuur waarbij de stofschijf door oververhitting begint te waaien. Zwarte gaten eten met magnetisch bestek.

Dit zwarte gat is één van de twee partners in een dubbelster. Het rooft materiaal van zijn partner, een normale ster, door zijn sterke zwaartekracht. bron: NASA / CXC / M. Weiss Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Schaalverschil

J1655 is een klein gaatje en ontstond uit maar één reuzenster. Grotere broeders als de middelzware zwarte gaten, duizend keer zwaarder, ontstaan als reuzensterren in een cluster van 10.000 sterren botsen en samensmelten. Op 33.000 lichtjaar van de zon draaien zulke middelzware jongens rond het grootste zwarte gat van onze Melkweg: de supermassive van miljoenen zonsmassa’s in de kern van ons sterrenstelsel.

Wat zegt één waarneming van zwarte gaten-wind over het eetgedrag van al zijn collega’s in het heelal? Nogal wat, denken de onderzoekers. Lichte en zware zwarte gaten gedragen zich namelijk verrassend identiek, hoe groot of klein ze ook zijn. Allemaal verzamelen ze materiaal in een accretieschijf en laten die stralen met dezelfde soort energieverdeling. Langs hun noord- en zuidpool lanceren grote en kleine varianten jets van materiaal uit de stofschijf met bijna de lichtsnelheid. Miller en collega’s denken dat ook het eetgedrag meegroeit met de massa van de gaten; groter, sterker, maar niet wezenlijk anders.

Goed nieuws dus voor de aarde. Als J1655 met magneetvelden alleen zijn directe omgeving vangt, hebben we niets te vrezen van andere zwarte gaten. Die staan namelijk comfortabel ver weg; het dichtstbijzijnde gat (V4641) staat ‘maar’ 1600 lichtjaar van de aarde, richting het Melkwegcentrum. Met geen mogelijkheid komen zon of aarde daar ooit in terecht.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 juni 2006

Discussieer mee

0

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

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.