Astronomen hebben een nieuwe methode ontwikkeld om te meten hoe snel een zwart gat ronddraait door te kijken naar het wiebelende materiaal eromheen. Ze hebben de techniek getest op een superzwaar zwart gat.
Alles in het heelal draait. Alle hemellichamen – en ook complete sterrenstelsels – draaien om hun as. Dat geldt ook voor zwarte gaten. Maar bij deze kosmische reuzen is dat tollen lastiger te zien, omdat ze geen zichtbaar oppervlak hebben.
Nu heeft een internationale onderzoeksgroep een methode getest om het ronddraaien – de zogeheten ‘spin’ – van zwarte gaten te meten. Ze analyseerden hiervoor röntgenflitsen die de materieschijf rondom een superzwaar zwart uitzendt. Die flitsen zeggen iets over hoe de schijf heen en weer wiebelt als gevolg van het geduw en getrek van de roterende zwarte massa. Uit het gewiebel konden ze de rotatie van het zwarte gat afleiden. Hun resultaten verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Toeval speelde een grote rol bij veel spectaculaire kosmische ontdekkingen
Het heelal zit vol verrassingen. We moeten toevallige ontdekkingen in de wetenschap omarmen, zegt astrofysicus Chris Lintott.
Rotatieverleden
Astronomen willen begrijpen hoe zwarte gaten roteren, omdat het hen iets kan vertellen over de geschiedenis van het zwarte gat. Superzware zwarte gaten groeien voornamelijk doordat materiaal, zoals gas- en stofwolken of sterren, te dicht bij komt. Dit materiaal belandt dan in een schijf rondom het zwarte gat vanuit waar het er geleidelijk in verdwijnt. Hierdoor wordt het zwarte gat zwaarder. Ook neemt de rotatiesnelheid toe of af, afhankelijk van de rotatie van het opgepeuzelde materiaal.
Als je weet hoe superzware zwarte gaten om hun as tollen, dan kun je dus iets zeggen over hoe ze aan hun enorme massa komen, zegt astrofysicus Nicholas Stone van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, die niet bij het onderzoek betrokken was. Maar het is niet eenvoudig om de rotatie van een zwart gat te meten.
Superzwaar zwart gat
Een internationale groep astronomen zag hun kans schoon toen een meetinstrument van het Palomar-observatorium in Californië eind april 2020 plots een heldere flits zag in de omgeving van een superzwaar zwart gat. Het zwarte gat zit in het hart van een sterrenstelsel op ongeveer een miljard lichtjaar afstand. De flits, genaamd AT2020ocn, bleek afkomstig van een ster die te dicht bij het zwarte gat was gekomen.
Als een ster te dichtbij komt, dan trekken de getijdenkrachten hem uit elkaar. Hierbij wordt een deel van het stermateriaal de ruimte in geblazen. De rest vormt een hete, kolkende schijf rondom het zwarte gat.
Die schijf draait in eerste instantie op zijn eigen tempo rond het zwarte gat. Maar de rotatie van het zwarte gat duwt en trekt aan de schijf, waardoor die gaat wiebelen en pas tot rust komt als hij met dezelfde snelheid ronddraait als het zwarte gat.
Toen bekend werd dat dit stond te gebeuren bij AT2020ocn, richtten de astronomen het meetinstrument NICER, dat vastzit aan het internationale ruimtestation ISS, op AT2020ocn. Ze volgden een paar maanden lang de röntgenflitsen die de rondkolkende hete schijf uitzendt.
Groeigeschiedenis
Uit hun analyse bleek dat het zwarte gat met minder dan 25 procent van de lichtsnelheid draait. ‘Het is een geweldig resultaat’, zegt Stone, die als eerste de gebruikte analysemethode opperde. ‘Ik ben erg blij dat het effect waargenomen is.’
Volgens Stone hebben de onderzoekers grondig onderzocht of hun waarnemingen ook door andere effecten dan een wiebelende schijf veroorzaakt kunnen worden. Hoewel daaruit blijkt dat er geen keihard bewijs is voor het wiebelen, tonen de onderzoekers volgens Stone wel aan dit dit het meest waarschijnlijke scenario is.
Om meer zekerheid te krijgen, zijn er meer waarnemingen nodig. En zelfs als de rotatiesnelheid precies gemeten is, dan is de informatie van een enkel zwart gat niet genoeg om de groeigeschiedenis te bepalen. Daarvoor zullen de onderzoekers de methode moeten toepassen op meer verschillende zwarte gaten, zodat ze een breder beeld krijgen van de mogelijke rotaties en hoe het oppeuzelen van materiaal dit beïnvloedt.
