Kleinste en grootste zwarte gaten voeden zich op dezelfde wijze

Compositiefoto van het spiraalstelsel m81. Inzet: het röntgenbeeld . Foto NOVA Nova

De superzware zwarte gaten in het hart van melkwegstelsels voeden zich op dezelfde wijze als de kleine zwarte gaten, die ontstaan wanneer een zware ster instort. Dat vermoeden hadden (astro)fysici al langer. Nu krijgt het voor het eerst steun van gedetailleerde metingen. Die werden uitgevoerd met de Chandra-röntgensatelliet van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en met een reeks van aardse telescopen, door een team van Europese en Amerikaanse astronomen onder leiding van sterrenkundige Sera Markoff van het Pannekoekinstituut van de Universiteit van Amsterdam (The Astrophysical Journal, binnenkort).

Het team bestudeerde het superzware zwarte gat in het spiraalstelsel M81, op ongeveer twaalf miljoen lichtjaar van de aarde. Het gat is even zwaar als ongeveer 70 miljoen zonsmassa’s, en ongeveer tien miljoen keer zo zwaar als een stellair zwart gat (ongeveer tien zonsmassa’s).

Het superzware zwarte gat voedt zich door gas te onttrekken aan het hart van het spiraalstelsel. Stellaire zwarte gaten, die ook veelvuldig in ons eigen melkwegstelsel te vinden zijn, voeden zich anders: ze wikkelen materie af van een begeleidende ster. Maar ondanks die verschillende voedingsbronnen en ‘leefomgevingen’ zouden de zwarte gaten zich hetzelfde moeten gedragen, omdat het volgens de relativiteitstheorie van Albert Einstein uiteindelijke simpele objecten zijn.

De astrofysici gebruikten dan ook één model voor de wijze waarop de superzware en stellaire zwarte gaten materie opslurpen. Daarin vallen stof en gas via een spiraalbeweging in een plat vlak naar het zwarte gat toe. Zo ontstaat rond het zwarte gat een dunne schijf van stof en gas, met loodrecht daarop – ontstaan in al die dynamiek – twee straalstromen van gloeiend heet plasma.

Met uiteenlopende telescopen legde het team voor het supermassieve zwarte gat in M81 gedurende zes maanden de verschillende spectra vast, die uit dit model volgen. De dunne schijf gloeit bijvoorbeeld vooral op met zichtbaar licht en röntgenstralen. Gas dichtbij het zwarte gat zendt overwegend röntgen- en ultravioletstraling uit; de straalstromen produceren veel röntgen- en radiostraling.

De nauwkeurige metingen maakten voor het eerst helder vergelijk mogelijk met de beter bekende spectra van stellaire zwarte gaten. De conclusie: op een schaalfactor van tien miljoen na, verloopt het proces inderdaad hetzelfde.

Het team merkt nog wel op dat het superzware gat in M81 waarschijnlijk licht ondervoed is, omdat het in de omgeving niet genoeg gas vindt. Het voordeel daarvan is dat de astronomen daardoor tot dichterbij het gat kunnen kijken.

De nog open vraag is of er ook zwarte gaten bestaan met massa’s tussen deze twee uitersten, en of die in de huidige modellen passen. Het nieuwe resultaat maakt in elk geval de voorspellingen over deze tussenklasse betrouwbaarder.

Margriet van der Heijden