Het röntgenobservatorium XMM-Newton vangt deze straling uit het heelal op door drie identieke telescopen die elk bestaan uit 58 vliesdunne, supergepolijste, vergulde spiegels. XMM staat voor X-ray Multi Mirror. Achter elke telescoop bevindt zich een gevoelige camera die afbeeldingen van de sterrenhemel maakt in röntgenkleuren. Daarnaast bevat XMM-Newton twee gevoelige spectrometers waarmee de opgevangen röntgenstraling uiteengerafeld wordt in de samenstellende golflengten.

Zwart gat

Het zijn deze spectrometers, die voor een belangrijk deel ontwikkeld zijn bij de Stichting Ruimteonderzoek Nederland (SRON) in Utrecht, die voor de meest verrassende doorbraken zorgen. XMM-Newton is in staat gebleken de straling op te vangen van heet gas dat met bijna de lichtsnelheid rond een zwart gat draait en op het punt staat naar binnen gezogen te worden. Dat zich in de kernen van de meeste sterrenstelsels grote zwarte gaten schuilhouden, is al langer bekend. Volgens de nieuwste inzichten vormen ze zelfs een noodzakelijk bijproduct van de vorming van een sterrenstelsel. Zo’n zwart gat kan miljoenen keren zo zwaar zijn als de zon.

Superzwaar

De superzware zwarte gaten verraden hun aanwezigheid door hun enorme zwaartekrachtsinvloed. Sterren en gaswolken in het centrum van het sterrenstelsel worden met hoge snelheid rondgeslingerd en wanneer het zwarte gat gas uit zijn omgeving opslorpt, wordt dat zo sterk verhit dat het energierijke röntgenstraling uitzendt.

Het spectrum van die röntgenstraling kon tot nu toe slechts oppervlakkig worden bestudeerd. Niettemin waren er in het röntgenspectrum van actieve sterrenstelsels allerlei brede pieken en dalen te zien. Sinds halverwege de jaren tachtig hadden astronomen daar een mooie verklaring voor: de röntgenstraling uit het centrum zou in sommige golflengtegebieden geabsorbeerd worden door warm gas dat zich op grote afstand rondom het zwarte gat moest bevinden.

Brainwave

Maar toen Masao Sako, een student aan de Columbia-universiteit in New York, de gedetailleerde röntgenspectra bekeek die XMM-Newton had vastgelegd van twee actieve sterrenstelsels, bleken die niet te kloppen met de voorspellingen van dat absorptiemodel. De absorptiestructuren zaten niet precies op de juiste golflengte en bepaalde smalle absorptielijnen die je op langere golflengten zou verwachten, bleken er niet te zijn. Sako kreeg plotseling een brainwave. De brede ‘dalen’ in het spectrum waren vijftien jaar lang beschouwd als absorptiestructuren, maar misschien was er helemaal geen sprake van absorptie en waren de tussengelegen brede ‘pieken’ wel het gevolg van emissie – extra straling van heet gas in bepaalde golflengtegebieden.

Rondtollende platte schijf

Die verklaring blijkt inderdaad veel beter te kloppen. Het gaat om straling van gas met een temperatuur van miljoenen graden, dat met zeer hoge snelheid ronddraait. Door het dopplereffect zijn de spectraallijnen uitgesmeerd en bovendien zijn ze vervormd door relativistische effecten die het gevolg zijn van het sterke zwaartekrachtsveld van het zwarte gat.

Plotseling blijken de astronomen dus ‘zicht’ te hebben op de rondtollende afgeplatte schijf van heet gas rond het superzware zwarte gat. De chemische samenstelling, de rotatiesnelheid, de hellingshoek, de temperatuur – al die informatie is in principe uit de röntgenspectra af te leiden.

En dat is nog niet alles. Uit de relativistische vervorming van de spectraallijnen kan worden berekend waar de binnenzijde van die schijf ligt. Dat blijkt vlakbij de ‘rand’ van het zwarte gat te zijn, op een afstand van hooguit een paar miljoen kilometer. Hieruit volgt ook dat het zwarte gat zelf ook met een hoge snelheid moet ronddraaien. Bij een niet-roterend zwart gat bestaan er zo dichtbij de rand namelijk geen stabiele omloopbanen. Dit is het beste bewijs tot nu toe voor het bestaan van roterende superzware zwarte gaten.

Men verwacht dat XMM-Newton de komende tien jaar een continue stroom nieuwe gegevens zal blijven opleveren, niet alleen over superzware zwarte gaten, maar ook over steratmosferen, super-nova-uitbarstingen, neutronensterren, clusters van sterrenstelsels en quasars aan de rand van het waarneembare heelal.