Het zwarte gat in ons sterrenstelsel

Radioastronomen hebben het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg met niet eerder vertoonde precisie in kaart gebracht. Het is een echt zwart gat.

De bewijzen voor de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat in het centrum van ons Melkwegstelsel stapelen zich op. Vandaag presenteert een internationaal team van astronomen in het tijdschrift Nature de scherpste opnamen ooit van het hemelobject Sagittarius A*. Deze extreem compacte radiobron is sinds zijn ontdekking in 1974 de veronderstelde locatie van het zwarte gat.

Zwarte gaten behoren tot de meest exotische objecten in het heelal. Wanneer een ster zich aan het eind van zijn bestaan opblaast (een supernova-explosie), stort parallel aan dit kosmische vuurwerk de opgebrande kern onder invloed van de zwaartekracht ineen. Daarbij kan de materie zich dermate ophopen dat niets, zelfs geen licht, nog aan het kolossale zwaartekrachtsveld kan ontsnappen. Zo'n zwart gat, van zichzelf een punt (singulariteit), heeft om zich heen een waarnemingshorizon. Wie dit `point of no return' passeert, laat iedere hoop op terugkeer naar de buitenwereld varen.

Sterrenstelsels hebben in hun centrum vrijwel altijd een superzwaar zwart gat, soms miljarden keer zo zwaar als onze zon. Indirect zijn deze kanjers toch zichtbaar: materie die ze aanzuigen en opslokken zendt in zijn versnelde beweging op weg naar het zwarte gat straling uit. Soms gaat dat in spectaculaire jets, straalstromen van hete materie die naar opzij wegschieten.

Locatie van het zwarte gat in onze Melkweg is Sagittarius A*. Deze krachtige radiobron staat op een afstand van 26.000 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld boogschutter en beweegt nauwelijks. Infraroodopnames van sterren die op korte afstand en met hoge snelheden om Sagittarius A* heen bewegen, hebben de afgelopen jaren aan het licht gebracht dat de massa van het zwarte gat zo'n vier miljoen keer zo groot is als die van de zon. Vergeleken met de superzware zwarte gaten in andere sterrenstelsels is dat overigens niet zo veel.

Beslissend voor de vraag of Sigittarius A* werkelijk een zwart gat is, is het volume waarin die vier miljoen zonsmassa's opgesloten zitten. Infraroodfoto's wezen uit dat die omvang hoogstens het formaat van de baan van Pluto om de zon had. Zoveel massa in zo'n klein volume, dat moest haast wel een zwart gat zijn. Niettemin viel niet uit te sluiten dat ons Melkwegcentrum bevolkt wordt door een zwerm van miljoenen neutronensterren: ingestorte dode sterren, enkele zonsmassa's zwaar en zo groot als de aarde – ook compact maar geen zwart gat. Wel is zo'n zwerm neutronensterren instabiel. Binnen 20.000 jaar zou hij of moeten imploderen (waarbij alsnog een zwart gat ontstaat), of verstrooid raken over de nabije omgeving. Astronomisch gezien is 20.000 jaar een oogwenk, maar het zou natuurlijk kunnen dat wij stom toevallig van die bijzonderheid getuige zijn.

Zhi-Qiang Shen, verbonden aan het sterrenkundig observatorium in Shanghai, en collega's is het nu gelukt het volume waarin de vier miljoen zonsmassa's in het Melkwegcentrum zitten opgesloten, verder in te perken. Het Chinees-Amerikaanse team deed waarnemingen in het radiogebied: elektromagnetische golven met een lengte van 3,5 millimeter. Ze maakten gebruik van de Very Long Baseline Array (VBLA), tien aan elkaar gekoppelde radiotelescopen verspreid over de Verenigde Staten, soms duizenden kilometers uit elkaar. Zo'n systeem functioneert als één reuzentelescoop (net als de rij van veertien radio-schotels in het Drentse Westerbork).

De astronomen deden hun VBLA-waarnemingen aan het Melkwegcentrum in november 2002. De uitkomst was dat radiobron Sagittarius A* op zijn hoogst zo groot is als de afstand aarde-zon, 150 miljoen kilometer. Dat leidde via enig rekenwerk tot een massaconcentratie die zelfs bij zeer voorzichtige aannames een factor 100.000 hoger uitkwam dan het eerdere getal op basis van infraroodwaarnemingen aan sterren in de directe omgeving van het centrum. Een zwerm neutronensterren zou het onder die omstandigheden hoogstens 100 jaar volhouden, waardoor dat scenario niet meer serieus te nemen valt. Conclusie: Sagittarius A* is zo goed als zeker een zwart gat.

Een spijkerhard bewijs moet komen van nóg gedetailleerdere radiowaarnemingen, met zo'n hoge resolutie dat de waarnemingshorizon van het zwarte gat in beeld komt. Die heeft een afmeting van 30 microboogseconden, wat neerkomt op vanaf de aarde kijken naar een tennisbal op de maan. Zo'n oplossend vermogen vereist telescopen die radiogolflengtes onder de millimeter aankunnen. Zo'n nieuw venster op de kern van de Melkweg moet opnames opleveren waarop Sagittarius A* te zien is als een schaduwschijfje met een heldere ring eromheen. Zo'n plaatje zou het zwarte gat in het centrum van de Melkweg dan eindelijk rechtstreeks aantonen – mits het schaduwschijfje niet overstraald wordt door zijn omgeving.