Superzware zwarte gaten ontsnappen uit sterrenstelsels

Simulatie van de zwaartekrachtgolven van twee versmeltende superzware zwarte gaten. foto H.P. Bischof
Simulatie van de zwaartekrachtgolven van twee versmeltende superzware zwarte gaten. foto H.P. Bischof Bischof, H.P.

Als twee sterrenstelsels met elkaar versmelten, gebeurt dat in een laat stadium ook met het superzware zwarte gat in hun centrum. In sommige situaties kan het aldus gevormde supergat echter zo’n grote snelheid krijgen dat het uiteindelijk uit het nieuwe sterrenstelsel wegvliegt. Dat voorspellen twee groepen astronomen die de gevolgen van de ontmoeting van zulke superzware zwarte gaten voor het eerst gedetailleerd op de computer hebben doorgerekend. (Physical Review Letters, 8 juni) De aswenteling van de twee samensmeltende zwarte gaten speelt hierbij een doorslaggevende rol.

In de afgelopen jaren is steeds duidelijker geworden dat vele – en misschien wel alle – grote sterrenstelsels in het verleden minstens één ander stelsel hebben ontmoet en ermee zijn versmolten. Vele van die sterrenstelsels hebben in hun centrum een roterend, superzwaar zwart gat: een gebied waarin de zwaartekracht zo sterk is dat niets, zelfs licht niet, er uit kan ontsnappen. Dit gebied heeft een diameter van ruwweg de baan van Mercurius en wordt veroorzaakt door een massa van vele (tientallen) miljoenen zonsmassa’s. Al die massa is echter geconcentreerd in een punt in het centrum: de ‘singulariteit’.

Als twee sterrenstelsels met elkaar versmelten, zullen hun centrale zwarte gaten elkaar op een bepaald moment ontmoeten en om elkaar heen gaan draaien. Hun omloopbaan wordt door het uitzenden van gravitatiestraling steeds kleiner en uiteindelijk zullen ook zij met elkaar versmelten. Computersimulaties van dit proces laten nu zien dat de twee roterende zwarte gaten vlak voor dit moment over grote hoeken kunnen kantelen en dat ook het nieuwe zwarte gat een heel andere asrichting heeft dan die van zijn voorgangers. En als de uitgezonden gravitatiestraling in één richting is geconcentreerd, krijgt het nieuwe zwarte gat bovendien een stoot in tegenovergestelde richting.

De grootte van deze ‘gravitational radiation recoil’ hangt af van de snelheid en de richting van de aswenteling van de twee versmeltende zwarte gaten. De grootste terugstoot treedt op bij tegengestelde rotaties in het gemeenschappelijke baanvlak. De groep van Bernd Brügmann heeft berekend dat dit resulteert in snelheden tot minstens 2500 kilometer per seconde, terwijl Manuela Campanelli en haar collega’s een top van 4000 km/s vinden: groter dan de ontsnappingssnelheid van 1000 tot 2000 km/s. Dit betekent dat sommige aldus gevormde zwarte gaten naar de ruimte tussen de sterrenstelsels kunnen ontsnappen. Omdat deze ruimte vrijwel leeg is, zal hun aanwezigheid daar echter heel moeilijk aantoonbaar zijn. George Beekman