Beroemd zwart gat is ‘relatief ondervoed’

Astronomie Astronomen hebben de polarisatie gemeten van het licht rondom het zwarte gat M87*, dat in 2019 beroemd werd.

Het oorspronkelijke beeld van M87*, met daarin verwerkt richting en sterkte van de polarisatie. Dat verraadt de eigenschappen van het magnetische veld op de plaats waar het licht geproduceerd werd: de gasring rondom het zwarte gat.
Het oorspronkelijke beeld van M87*, met daarin verwerkt richting en sterkte van de polarisatie. Dat verraadt de eigenschappen van het magnetische veld op de plaats waar het licht geproduceerd werd: de gasring rondom het zwarte gat. Foto Event Horizon Telescope

Bijna twee jaar na de iconische zwartegatfoto publiceren de astronomen van de Event Horizon Telescope (EHT) voor het eerst metingen van de polarisatie van het licht rond het superzware zwarte gat M87*. Hieruit is af te leiden dat het zwarte gat elk jaar ongeveer 100 tot 666 keer de massa van de aarde aan gas verzwelgt.

„Dat is niet veel, het zwarte gat is relatief ondervoed”, zegt Monika Moscibrodzka, een van de auteurs, verbonden aan de Radboud Universiteit. Het zwarte gat zelf, op zo’n 54 miljoen lichtjaar van ons verwijderd in het sterrenstelsel M87, weegt zo’n 9 miljard zonsmassa’s. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in twee artikelen in het Astrophysical Journal, met in totaal meer dan driehonderd auteurs.

De polarisatierichting van licht, waar ook polaroid-zonnebrillen gebruik van maken, verraadt de richting en de sterkte van het magnetische veld op de plaats waar het licht geproduceerd werd. Dat is in dit geval de ring van heet gas dat met hoge snelheid rond het zwarte gat kolkt, in grootte vergelijkbaar met de baan van Pluto.

Een deel van dat gas wordt door het zwarte gat opgeslokt, maar een kleiner gedeelte wordt juist uitgestoten in de vorm van dunne, extreem snelle stralen boven de assen van het zwarte gat. Zulke astrofysische jets kunnen miljoenen lichtjaren lang worden, maar hoe ze precies gevormd worden is nog altijd niet helemaal duidelijk.

Indirect gemeten

Wel lijkt een hoofdrol weggelegd voor plaatselijke magnetische velden in de buurt van het zwarte gat. „Die magnetische velden hebben we nu indirect gemeten”, zegt Moscibrodzka.

Het licht, of eigenlijk elektromagnetische millimetergolven die het hete gas produceert, trilt door die velden voornamelijk in één richting. Ofwel: het is gepolariseerd, anders dan het meeste licht dat we om ons heen zien.

In de afbeelding zijn de sterkte en de richting van de polarisatie verwerkt in het oorspronkelijke beeld van M87*. Vooral in de rechteronderhoek blijkt het magnetische veld sterk. Dit hangt vermoedelijk samen met de richting van de jet, die vanuit de kijker gezien naar rechtsonder gericht is. Mościbrodzka: „We willen begrijpen hoe die geproduceerd wordt, maar de jet zelf is op onze beelden niet te zien. Die zie je pas op veel grotere schaal.”

De beelden zijn gebaseerd op dezelfde metingen die de Event Horizon Telescope (EHT) in april 2017 deed en die twee jaar later de beroemde zwartegatfoto opleverden. De EHT is een samenwerking van acht telescopen in Chili, Arizona, Spanje, Hawaii, Mexico, en Antarctica, die alleen samen de resolutie kunnen bereiken om het zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel M87 te onderscheiden.

Jarenlang rekenen

Daarvoor was jaren van rekenen nodig: om de signalen uit de ruis te vissen, en ook om zeker te weten dat het niet om artefacten gaat, nepresultaten veroorzaakt door het rekenwerk zelf.

Na de zwartegatfoto kostte de polarisatieberekening nog eens twee jaar, omdat de telescoop een virtuele polaroid-zonnebril opkreeg.

De snelheid waarmee het zwarte gat ‘eet’ konden de astronomen bepalen door hun metingen te vergelijken met computersimulaties van de kolkende gassen rond het zwarte gat, inclusief de vervormende magneetvelden en de krommende ruimtetijd.

Over twee weken begint een nieuwe meet-run van de EHT. Aan de beelden van de Sagittarius A*, het zwarte gat in ons eigen melkwegstelsel in het sterrenbeeld boogschutter, wordt nog altijd gewerkt. „Hopelijk komen die nog dit jaar”, zegt Moscibrodzka.