Gaswolk op weg naar het grote zwarte gat

Niet zo heel ver van ons zonnestelsel ontrolt zich een kosmisch drama. Een gaswolk met genoeg materiaal voor enkele planeten wordt uiteengescheurd door het meest nabije zwarte gat.

Foto ESO/MPE/Marc Schartmann

Het kolossale zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel is bezig om een hoeveelheid materie aan flarden te scheuren waar je minstens drie planeten ter grootte van de aarde van zou kunnen maken. Deze bepaald niet alledaagse gebeurtenis, die binnen enkele maanden zijn climax moet bereiken, wordt door astronomen op de voet gevolgd. Röntgenastronomen – onder wie de Nederlandse Nathalie Degenaar – zitten eerste rang.

Enkele jaren geleden ontdekten astronomen een wolk waterstofgas die met een snelheid van meer dan 2000 kilometer per seconde op het centrum van de Melkweg afstevent. De gaswolk, die de niet erg poëtische aanduiding G2 heeft gekregen, zal zo dicht langs het daar aanwezige zwarte gat scheren, dat hij ten prooi valt aan de enorme getijkrachten ter plaatse. Wanneer dat precies zal gebeuren is nog onduidelijk, maar lang kan het niet meer duren.

Het zwarte gat in het Melkwegcentrum, dat ongeveer vier miljoen keer zo zwaar is als de zon, wordt formeel Sagittarius A* genoemd of kortweg Sgr A*. Het is verreweg het meest nabije ‘superzware’ zwarte gat dat we kennen, maar tegelijkertijd ook een van de minst actieve. Afgezien van de bescheiden röntgen- en infraroodflitsen die het object zo af en toe produceert, zendt Sgr A* nauwelijks straling uit.

Voor astronomen is dat een teken dat Sgr A* aan voedselgebrek leidt. Blijkbaar komen er niet zo vaak sterren of gaswolken dicht genoeg in zijn buurt om zich te laten opslokken. Toch zijn er aanwijzingen dat het zwarte gat nog maar een paar eeuwen geleden minstens één keer is ‘gevoed’.

Dat laatste blijkt uit waarnemingen met Chandra, een ruimtetelescoop van NASA die het heelal op röntgengolflengten bekijkt. Opnamen die Chandra tussen 1999 en 2011 heeft gemaakt laten zien dat de röntgenintensiteit van gaswolken op afstanden van tientallen lichtjaren van Sgr A* eerst toenam en vervolgens weer is afgenomen. Volgens astronomen zou het gaan om ‘röntgenecho’s’ – röntgenstraling afkomstig uit de omgeving van het zwarte gat die door de gaswolken is geabsorbeerd en vervolgens weer is uitgezonden.

Die röntgenecho’s doen vermoeden dat Sgr A* nog niet zo heel lang geleden minstens een miljoen keer zo veel röntgenstraling uitzond als nu. Dat is een aanwijzing dat er een ster, een planeet of een gaswolk zo dicht in zijn buurt is gekomen, dat deze uiteen werd getrokken en deels werd opgeslokt. Het ziet er naar uit dat gaswolk G2 uiterlijk in mei van dit jaar hetzelfde lot zal ondergaan.

Michigan

Gewapend met telescopen op aarde en in de ruimte volgen astronomen de ontwikkelingen op de voet. Eén van hen is Nathalie Degenaar, die sinds 2011 als ‘Hubble research fellow’ is verbonden aan de vakgroep astronomie van de universiteit van Michigan. Met een beetje geluk zullen zij en haar collega’s als eersten kunnen zien dat er ‘iets’ gebeurt met G2 – niet met eigen ogen, maar door de ogen van de satelliet Swift, die elke dag eventjes op het Melkwegcentrum wordt gericht.

Via e-mail vertelt Degenaar, die het ‘Sgr A* – Swift Monitoring Program’ coördineert, waarom deze satelliet zo geschikt is voor deze taak: „Swift heeft een gevoelige röntgentelescoop die veranderingen in de helderheid van het zwarte gat zal kunnen detecteren. We kijken met Swift ook al jaren naar Sgr A*, dus we weten precies hoe helder het zwarte gat normaal gesproken is. Bovendien is Swift de enige gevoelige satelliet die heel gemakkelijk en snel kan draaien, waardoor het mogelijk is om gedurende een lange periode elke dag kort naar een bepaalde plek aan de hemel te kijken.”

Om de Swift-resultaten zo toegankelijk mogelijk te maken is een website opgezet waar de resultaten van nieuwe waarnemingen direct en automatisch worden bekendgemaakt. Dat is van belang voor astronomen die de gebeurtenissen rond Sgr A* zo snel mogelijk met een andere telescoop of satelliet willen waarnemen. Behalve in het röntgengebied kan het ‘opeten’ van G2 bijvoorbeeld ook waarneembaar zijn in het infrarood, maar ook dan alleen met grote, gevoelige instrumenten. Gewone aardbewoners zullen er niets van meekrijgen.

Heet

Wat Swift precies zal registreren moet nog blijken. Maar in grote lijnen verwacht Degenaar het volgende scenario: „Als G2 uit elkaar wordt getrokken, zal een deel van het gas om het zwarte gat gaan draaien, door de sterke zwaartekracht versnellen en door botsingen en wrijving heel erg heet worden. Daardoor zal het oplichten, voornamelijk op röntgengolflengten. En deze toename in helderheid zou wel eens jaren kunnen duren.”

Of de gaswolk zich aan dit scenario zal houden, zullen we moeten afwachten. Dat hangt onder meer af van zijn massa, waar volgens Degenaar nog de nodige rek in zit: ‘De schatting van drie aardmassa’s is gebaseerd op de lichtintensiteit van G2 en de aanname dat het een wolk is die geheel uit gas bestaat. Maar als er – zoals sommige onderzoekers denken – een ster in het gas verscholen zit, is de massa veel groter. Het feit dat we geen ster zien betekent overigens wel dat het een relatief lichtzwakke ster zou moeten zijn.’

Lichtzwak of niet, de aanwezigheid van een ster in G2 zou het röntgenfeestje in het Melkwegcentrum wel eens kunnen bederven. Een ster heeft namelijk genoeg substantie om de getijkrachten van het zwarte gat te weerstaan en zou – veel van het gas met zich meesleurend – simpelweg langs Sgr A* scheren.

Voor Nathalie Degenaar en haar collega’s is het dan ook te hopen dat G2 helemaal uit gas bestaat. Waar dat gas vandaan komt? Volgens onderzoek dat binnenkort in The Astrophysical Journal wordt gepubliceerd, kan G2 zich hebben losgemaakt van een zware ster die eens in de ongeveer zeshonderd jaar in de buurt van Sgr A* komt. Mogelijk is het zwarte gat al miljoenen jaren bezig om gas van deze ster, ‘S1-34’ geheten, af te snoepen.

    • Eddy Echternach