Het beroemde zwarte gat is een beetje wiebelig

Astronomie Door turbulentie van materie rondom het vorig jaar gefotografeerde zwarte gat, wiebelt de schaduw ervan een beetje.

De schaduw van het zwarte gat in sterrenstelsel M87.
De schaduw van het zwarte gat in sterrenstelsel M87. Foto EHT Collaboration

Vorig jaar presenteerden astronomen de eerste foto van een zwart gat. Of eigenlijk: de schaduw daarvan. Nu blijkt dat de lichtring eromheen schommelt en gedraaid is. Dat concludeert de Event Horizon Telescope collaboratie in The Astrophysical Journal.

Het geobserveerde zwarte gat staat op 55 miljoen lichtjaar afstand in het midden van het gigantische elliptische sterrenstelsel M87 en heeft 6,5 miljard keer meer massa dan de zon. Zwarte gaten hebben een dusdanig hoge dichtheid en zwaartekracht dat alles wat te dichtbij komt gedoemd is erin te verdwijnen, zelfs licht. De grens vanaf waar ontsnappen niet meer mogelijk is, is een bolvormig gebied dat de waarnemingshorizon heet.

Gloeiend hete materie

Op de eerste foto staat een asymmetrische ring van licht met in het midden een donkere vlek. Die ring ontstaat doordat rondom het zwarte gat – buiten de waarnemingshorizon – gloeiend hete materie draait die uiteindelijk in het zwarte gat zal vallen. De straling van het gedeelte van de schijf dat zich vanuit ons gezien achter het zwarte gat bevindt, wordt door de sterke zwaartekracht zodanig afgebogen dat het een lichtkrans vormt met in het midden de donkere ‘schaduw’. Daarin bevindt zich het zwarte gat.

„De foto werd samengesteld uit enkele gedetailleerde observaties die slechts een week aan tijd beslaan”, mailt Maciek Wielgus van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „De tijd was te kort om veranderingen te zien.” De astronomen keken daarom naar oudere, minder gedetailleerde observaties tussen 2009 en 2013. „Die observaties waren niet veel meer dan tests”, vertelt Sera Markoff, hoogleraar theoretische hoge-energieastrofysica aan de Universiteit van Amsterdam en betrokken bij de analyse. „Het was een verrassing dat deze oude observaties belangrijke, nieuwe informatie kunnen leveren.”

Uit de analyse blijkt dat de vorm van de schaduw weinig verandert en dat de grootte overeen komt met de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Daarnaast zagen ze iets wat op de foto niet te zien was: de lichtring – en dus ook de schaduw – schommelt en is in een paar jaar tijd wat gedraaid.

Geen nette schijf

Dat gewiebel wordt veroorzaakt door de turbulente manier waarop de hete materie rond het zwarte gat stroomt, vertelt Wielgus. Dat is geen nette schijf, maar kolkend stof, gas en plasma. Het gewiebel zegt dus iets over de manier waarop de hete materie stroomt.

„Deze geobserveerde veranderingen kunnen we vergelijken met de veranderingen die onze theoretische modellen voorspellen”, vertelt Markoff. „Zo kunnen we achterhalen welke het beste werkt.” Zo hopen de astronomen meer te leren over het zwarte gat, zoals welke kant de hete materie op draait, wat de temperatuur daarin is en hoe het materiaal zich gedraagt in de extreem sterke zwaartekracht vlakbij de waarnemingshorizon. Deze eerste analyse heeft daar nog geen antwoord op, maar het is een eerste stap.

„In 2021 hopen we het zwarte gat weer te kunnen observeren”, zegt Markoff. Uiteindelijk is het doel om het een langere tijd te volgen. Na de eerste foto kunnen we dan kijken naar het eerste filmpje van een zwart gat.