Zwart gat gooit heet gas alle kanten op

Astronomie Het zwarte gat V404 Cygni, met zijn nabije ster, zwabberde in 2015 een paar uur lang met zijn jets heen en weer.

V404 Cygni bestaat uit een zwart gat en een ster die om elkaar wentelen.
V404 Cygni bestaat uit een zwart gat en een ster die om elkaar wentelen. Tekening Pete Wheeler

Een zwart gat op bijna 8.000 lichtjaar van de aarde heeft vier jaar geleden bijzonder gedrag vertoond. Zijn beide ‘jets’ zwiepten in het rond op tijdschalen van uren. Klonten heet gas schoten in steeds andere richtingen de ruimte in.

Het ongekend snelle verschijnsel speelde zich af in de dubbelster V404 Cygni, die in 2015 een grote uitbarsting vertoonde. V404 Cygni bestaat uit een zwart gat met ongeveer negen keer zoveel massa als onze zon en een ietwat opgezwollen normale ster. De twee wentelen op een afstand van slechts 22 miljoen kilometer om elkaar, minder dan de helft van de afstand tussen de zon en diens naaste planeet Mercurius.

In zulke situaties verliest de ster gas aan het zwarte gat. Dat gas spiraalt naar het zwarte gat toe, waardoor zich een zogeheten accretieschijf vormt. Een deel ervan wordt door het zwarte gat opgeslokt, een ander deel wordt weer uitgestoten als deeltjeswind en in de vorm van twee bundels, ‘jets’, die loodrecht op de schijf staan.

Grote uitbarsting

De grote uitbarsting van 2015 is door een internationaal team van astronomen waargenomen met een groot Amerikaans netwerk van radiotelescopen: de VLBA. Hun onderzoeksverslag is maandag in Nature gepubliceerd. Een van de auteurs is Sera Markoff, hoogleraar theoretische hoge-energie-astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam.

„De pulserende toestand waarbij het zwarte gat klonten materie uitstoot in plaats van een gestage straal is heel kenmerkend voor dit soort dubbelsterren”, legt Markoff per e-mail uit. „Deze toestand ontstaat wanneer het zwarte gat bijna overvoerd raakt. Het gaat overigens waarschijnlijk niet echt om afzonderlijke klonten, maar om een gepulste uitstoot van vers plasma dat in de jet belandt en deze op weg naar buiten doet oplichten.” De astronomen vermoeden dat de oorzaak ligt bij instabiliteiten in de accretieschijf, die ervoor zorgen dat er geregeld materiaal op het zwarte gat wordt gedumpt.

Schommelbeweging

Het bijzondere aan V404 Cygni is dat de rotatie-as van de accretieschijf niet precies samenvalt met die van het zwarte gat. Hierdoor vertoont het centrale deel van de schijf een schommelbeweging en verandert de richting van de jets voortdurend.

Markoff: „Als de beide rotatie-assen niet samenvallen, ontstaat er een krachtmeting tussen het zwarte gat en de (magnetische) krachten die de schijf bijeenhouden. Als gevolg hiervan trekt het binnenste deel van de schijf krom en vertoont het een schommelbeweging. En de jets schommelen mee.”

De ontdekking kan implicaties hebben voor het onderzoek van de ‘superzware’ zwarte gaten die in de kernen van sterrenstelsels worden aangetroffen. Deze kolossen vertonen net zulk gedrag als V404 Cygni, maar dan veel heftiger en op veel langere tijdschalen. Dat kan grote gevolgen hebben voor het sterrenstelsel waar zij deel van uitmaken. „Tot nu toe werd aangenomen dat schommelende jets voorbehouden zouden zijn aan paren van superzware zwarte gaten die op geringe afstand om elkaar wentelen. Maar het feit dat we dit effect nu ook bij een enkelvoudig zwart gat hebben waargenomen ontkracht deze aanname.”