Je leest:

Het zwarte hart van de Melkweg

Het zwarte hart van de Melkweg

Auteur: | 1 januari 2002

In het centrum van de Melkweg ligt een zwart gat, beweert Reinhard Genzel. Het bewijs is bijna geleverd. Dit zwarte gat is miljoenen malen zwaarder dan de zon. Een ukkepuk dus, althans op kosmische schaal.

Zo donker als de nacht

Reinhard Genzel brengt de kern van het Melkwegstelsel tot leven. Met infraroodtelescopen dringt hij door stofwolken heen, zodat onzichtbare sterren op dertigduizend lichtjaar afstand van de aarde in beeld verschijnen. Foto’s worden aaneengeregen tot filmpjes – acht jaar in vijf seconden. De sterren zwieren en dansen, gevangen in het zwaartekrachtsveld van een mysterieuze, donkere massa. Een reusachtig zwart gat. Genzel weet het zeker. Bijna zeker.

Al sinds 1990 maken Genzel en zijn collega’s jacht op het zwarte hart van de Melkweg. Het is kleiner dan de baan van de aarde, maar ruim tweeënhalf miljoen keer zo zwaar als de zon. En donker als de nacht. Het moet wel een zwart gat zijn; alternatieve verklaringen zijn ontoereikend. Het bestaan van ‘donkere sterren’, superzware sterren met zo’n sterk zwaartekrachtsveld dat er zelfs geen licht uit kan ontsnappen, werd ruim tweehonderd jaar geleden al geopperd door John Michell en Pierre Simon de Laplace. De relativiteitstheorie van Einstein voorspelt inderdaad het bestaan van zwarte gaten, maar voorspellen is wat anders dan vinden.

Al dertig jaar lang denken sterrenkundigen dat zich in de kernen van sommige sterrenstelsels superzware zwarte gaten schuilhouden. Misschien herbergt elk sterrenstelsel wel een zwart gat. Indirecte aanwijzingen zijn er volop. Genzel meent nu ook doorslaggevend bewijs gevonden te hebben. Reinhard Genzel is directeur van het Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, Duitsland en een pionier op het gebied van de infraroodsterrenkunde.

Donkere stofwolken

De kern van het Melkwegstelsel, op dertigduizend lichtjaar afstand van de aarde, wordt door donkere stofwolken aan het oog onttrokken. Maar een infraroodtelescoop kijkt door die stofwolken heen. Zo was jaren geleden al ontdekt dat zich in het centrum een enorme concentratie van grote, zware sterren bevindt, op onderlinge afstanden van veel minder dan een lichtjaar. Temidden van die sterren is een merkwaardige bron van radiostraling ontdekt. Grote radiotelescopen op aarde hebben een extreem scherp gezichtvermogen en uit het puntvormige karakter van de radiobron volgt dat zij niet groter kan zijn dan zo’n tweehonderd miljoen kilometer, minder dan de middellijn van de baan die de aarde om de zon beschrijft. In andere sterrenstelsels werd een combinatie van een sterke concentratie van sterren en een centrale radiobron opgevat als een aanwijzing van de aanwezigheid van een groot zwart gat. De zwaartekracht van het zwarte gat veroorzaakt een samenscholing van sterren en de radiostraling wordt uitgezonden door materie die in het zwarte gat wordt gezogen.

De snelheden van sterren meten

De meeste ‘actieve sterrenstelsels’ en quasars zenden echter veel meer radiostraling uit dan de kern van het Melkwegstelsel en produceren bovendien grote hoeveelheden röntgenstraling. Zou het zwarte gat in het Melkwegcentrum misschien een rustige periode doormaken, als een slapende vulkaan? Of is er helemaal geen zwart gat? Volgens Genzel was er maar één manier om daarachter te komen: de massaverdeling van het Melkwegcentrum moest in kaart worden gebracht. Door de snelheden van de omringende sterren te meten, zou je de centrale radiobron als het ware kunnen ‘wegen’. Genzel trekt een vergelijking met het zonnestelsel. ‘De baansnelheden van de planeten worden bepaald door de massa van de zon’, zegt hij. ‘Ook wanneer de zon onzichtbaar zou zijn, zou je uit de bewegingssnelheden van de planeten kunnen afleiden hoe zwaar ze is’.

Het valt echter niet mee om sterren op dertigduizend lichtjaar afstand te zien bewegen. Zelfs als ze enorm hoge snelheden hebben, zie je ze nauwelijks van plaats veranderen, net als een vliegtuig op grote hoogte overkomt. Spatscherpe infraroodfoto’s heb je nodig en veel geduld.

Postzegel op honderd meter afstand

Die foto’s verkreeg Genzel met de New Technology Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili. Een gevoelige infraroodcamera wist tientallen sterren in het Melkwegstelsel vast te leggen, in een gebiedje dat gezien vanaf de aarde even klein is als een postzegel op honderd meter afstand. Helaas waren de beelden nogal wazig, als gevolg van trillingen in de aardse dampkring: elke ster was uitgesmeerd tot een onscherpe lichtvlek.

Met behulp van ‘adaptieve optiek’ werd dat probleem echter verholpen. Adaptieve optiek is een betrekkelijk nieuwe techniek in de sterrenkunde, waarbij de storende invloed van de dampkring teniet wordt gedaan. Door het verspringende beeldje van een ster te bestuderen, kunnen de atmosferische trillingen nauwkeurig in kaart worden gebracht. Met een vervormbaar spiegeltje worden ze vervolgens gecompenseerd: honderd keer per seconde wordt de vorm van het spiegeltje precies zo veranderd dat het beeld als het ware wordt ‘onttrild’. Het resultaat is verbluffend. De oorspronkelijke, wazige foto verandert in een superscherp prentje waarop tientallen puntvormige sterren zichtbaar zijn.

Een filmpje

De volgende stap is het opmeten van de bewegingen van al die sterren. In de loop van een jaar of zes zie je ze een klein beetje van plaats veranderen, de een wat sneller dan de ander. Uit die minieme verplaatsingen is de snelheid haaks op de gezichtslijn te berekenen. Nauwkeurige metingen aan kleurveranderingen (dopplermetingen) leveren ook de radiale snelheid (naar ons toe of van ons af) en door die twee gegevens te combineren, kan de werkelijke ruimtelijke snelheid van een ster worden bepaald. Genzel heeft de foto’s samengevoegd tot een kort filmpje waarin je de sterren kriskras door elkaar ziet bewegen, ongeveer vijftig miljoen keer versneld. Het filmpje is te bekijken op de site van het Max Planck instituut (de link staat aan het eind van dit artikel). De positie van de centrale radiobron is met een kruisje aangegeven. ‘Neem deze bijvoorbeeld’, zegt Genzel terwijl hij een ster dicht bij het centrum aanwijst. ‘Die heeft een snelheid van maar liefst vijftienhonderd kilometer per seconde. Dat is vijftig keer zo veel als de baansnelheid van de aarde.’ Als Genzel gelijk heeft, is het zwarte gat in het Melkwegcentrum veel kleiner en lichter dan de superzware zwarte gaten in de kernen van andere sterrenstelsels. Die zijn vaak tientallen of honderden miljoenen keren zo zwaar als de zon. Alleen zijn de metingen meestal minder eenduidig, omdat de afstanden veel en veel groter zijn.

Genzel hoopt in de toekomst de omloopbanen van de afzonderlijke sterren in de Melkwegkern in kaart te kunnen brengen, om nog sterker in zijn schoenen te staan. ‘Dat moet binnen een mensenleven lukken’, zegt hij optimistisch. Maar eigenlijk is het bewijs voor het bestaan van het zwarte gat al geleverd.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 1 uit de jaargang 2002 van het blad Archimedes.

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 2002

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.