De corpulente dans van twee supermassieve zwarte gaten

Tekening van de twee supermassieve zwarte gaten in het het centrum van radiogalaxy 0402+379, op 750 miljoen lichtjaar van de aarde. Tekening Josh Valenzuela/University of New Mexico

Voor het eerst is het astronomen gelukt om de trage ‘dans’ in beeld te brengen van twee om elkaar heen wentelende superzware zwarte gaten. Het corpulente danspaar bevindt zich in het hart van een sterrenstelsel in het sterrenbeeld Perseus dat ruwweg 750 miljoen lichtjaar van ons verwijderd is. Het sterrenstelsel zelf heeft geen naam, maar wordt aangeduid met de hemelcoördinaten 0402+379.

1600 km per seconde

Uit de gemeten verplaatsing leiden zij af dat de twee zwarte gaten een onderlinge snelheid van ongeveer 1600 kilometer per seconde hebben. (Ter vergelijking: de aarde draait met een snelheid van 1.600 kilometer per minuut om de zon.) Ervan uitgaande dat ze bij de draaiing om hun gemeenschappelijke zwaartepunt nette cirkelbanen volgen – wat overigens nog niet vaststaat – betekent dit dat de kolossen circa 30.000 jaar over één volledige omwenteling doen. Tezamen zouden de twee minstens 15 miljard keer zoveel massa hebben als onze zon.

Twee compacte radiobronnen

Al sinds 1995 is bekend dat er met dit sterrenstelsel iets bijzonders aan de hand is. In het centrum ervan werden toen twéé compacte bronnen van radiostraling ontdekt. De straling was kenmerkend voor snel bewegende elektronen zoals die in de omgeving van zwarte gaten worden aangetroffen.

Een team van Amerikaanse radioastronomen heeft het stelsel in 2009 en 2015 opnieuw waargenomen met de zogeheten Very Long Baseline Array. Dat is een netwerk van tien radiotelescopen die verspreid over de VS – van Hawaï tot in de Caraïben – staan opgesteld.

Nieuwe metingen

VLBA 2 cm-beeld van radiogalaxy 0402+379, met twee actieve zwarte gaten in het centrum, on ongeveer 24 lichtjaar van elkaar. Op het VLBA-beeld zijn de zwarte gaten aangegeven met een symbooltje dat de accretieschijf en de smalle gasfontijnen (‘jets’) van het zwarte gat weergeeft. Illustratie NRAO/AUI en Greg Taylor, University of New Mexico

De nieuwe metingen, waarvan de resultaten dinsdag in The Astrophysical Journal zijn gepubliceerd, hebben onder meer nauwkeurige posities van de twee zwarte gaten opgeleverd. Door de uitkomsten te vergelijken met waarnemingen die in 2003 en 2005 zijn gedaan, hebben de astronomen na een uitgebreide analyse vastgesteld dat de objecten in de tussenliggende twaalf jaar ten opzichte van elkaar zijn opgeschoven.

De afgelopen decennia is gebleken dat vrijwel elk volgroeid sterrenstelsel in het heelal een superzwaar zwart gat in zijn kern heeft. Deze objecten hebben doorgaans minstens enkele miljoenen keren zoveel massa als onze zon, maar ook uitschieters van miljarden zonsmassa’s komen voor. In dat opzicht zijn de zwarte gaten in het hart van sterrenstelsel 0402+379 dus niet uitzonderlijk. Ook sommige andere sterrenstelsels lijken een dubbel superzwaar zwart gat in hun kern te hebben.

Samensmelting

Aangenomen wordt dat superzware zwarte gaten als deze hun extreme massa’s te danken hebben aan een reeks ‘fusies’ met soortgenoten. Zo’n samensmelting begint met een botsing tussen twee (of meer) sterrenstelsels. Tijdens dat proces ‘zakken’ de centrale zwarte gaten van de afzonderlijke stelsels naar het centrum van het grotere sterrenstelsel dat daaruit voortkomt.

Eenmaal daar aangekomen blijven de beide zwarte gaten geruime tijd om elkaar heen wentelen, maar daarbij neemt hun onderlinge afstand wel geleidelijk verder af. Uiteindelijk leidt deze neerwaartse spiraalbeweging ertoe dat de kolossen met elkaar versmelten.

24 lichtjaar

Van ons uit gezien zijn de twee zwarte gaten in 0402+379 elkaar al tot op ongeveer 24 lichtjaar genaderd. Ter vergelijking: dat is maar zes keer de afstand tussen onze zon en de eerstvolgende ster, Proxima Centauri. Toch kan het nog nog vele miljoenen jaren duren voordat hun fusie een feit is en er een nóg kolossaler zwart gat is ontstaan.

Correctie

In een eerdere versie stond in dit stuk dat de aarde met 1600 km per uur om de zon draait. Dat is verbeterd in 1600 km per minuut.