ESO’s uiterst gevoelige GRAVITY-instrument heeft de al lang bestaande aanname dat er een superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg huist verder onderbouwd. Nieuwe waarnemingen laten zien dat er gas met ongeveer 30% van de snelheid van het licht net buiten de waarnemingshorizon rondcirkelt. Het is voor het eerst dat er materiaal is waargenomen in een baan nabij het zwarte gat van waaruit er geen weg terug meer is. Nooit eerder werd materiaal dat op zo’n geringe afstand om een zwart gat cirkelt zo gedetailleerd waargenomen.
ESO’s uiterst gevoelige GRAVITY-instrument heeft de al lang bestaande aanname dat er een superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg huist verder onderbouwd. Nieuwe waarnemingen laten zien dat er gas met ongeveer 30% van de snelheid van het licht net buiten de waarnemingshorizon rondcirkelt. Het is voor het eerst dat er materiaal is waargenomen in een baan nabij het zwarte gat van waaruit er geen weg terug meer is. Nooit eerder werd materiaal dat op zo’n geringe afstand om een zwart gat cirkelt zo gedetailleerd waargenomen.
Het GRAVITY-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT)-interferometer is door wetenschappers van een consortium van Europese instituten, waaronder ESO zelf [1], ingezet om infraroodstraling waar te nemen die afkomstig is van de accretieschijf rond Sagittarius A* – het massarijke object in het hart van de Melkweg. De opvlammingen die dit materiaal vertoont verschaffen de langverwachte bevestiging dat het object in het centrum van onze Melkweg een superzwaar zwart gat is. De opvlammingen zijn afkomstig van materiaal dat heel dicht bij de waarnemingshorizon rond het zwarte gat cirkelt. Dat maakt dit tot de meest gedetailleerde waarnemingen van materiaal dat in de nabijheid van een zwart gat rondcirkelt. Hoewel een deel van de materie in de accretieschijf – de gordel van gas die met relativistische snelheden om Sagittarius A* beweegt [2] – veilig om het zwarte gat kan cirkelen, is alles wat te dichtbij komt gedoemd om voorbij de waarnemingshorizon te worden getrokken. De kleinste afstand tot het zwarte gat waarop materiaal kan rondcirkelen zonder onherroepelijk naar binnen getrokken te worden door de kolossale massa, wordt de binnenste stabiele baan genoemd. Dat is de plek waar de waargenomen opvlammingen hun oorsprong vinden.
‘Het is verbluffend om werkelijk te zien hoe materiaal met 30 procent van de snelheid van het licht om een kolossaal zwart gat cirkelt’, zegt een verbaasde Oliver Pfuhl, wetenschapper van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching, Duitsland. ‘De enorme gevoeligheid van GRAVITY heeft ons in staat gesteld de accretieprocessen ongekend gedetailleerd in real time waar te nemen.’ Deze metingen waren alleen mogelijk dankzij internationale samenwerking en geavanceerde apparatuur [3]. Het GRAVITY-instrument dat dit werk mogelijk heeft gemaakt, combineert het licht van vier telescopen van ESO’s VLT om een ‘supertelescoop’ met een diameter van 130 meter na te bootsen, en werd al eerder gebruikt om de aard van Sagittarius A* te onderzoeken.
Eerder dit jaar hebben GRAVITY en SINFONI, een ander instrument van de VLT, hetzelfde team in staat gesteld om nauwkeurige metingen te doen van de snelheid van de ster S2, terwijl deze door het extreme zwaartekrachtveld van Sagittarius A* scheerde. Daarbij werden voor het eerst de effecten waargenomen zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie die voor zo’n extreme omgeving voorspelde. Tijdens de scheervlucht van S2 werd ook een sterke emissie van infraroodstraling waargenomen. ‘We hielden S2 nauwgezet in de gaten en letten daarbij natuurlijk ook op Sagittarius A*’, legt Pfuhl uit. ‘Tijdens onze waarnemingen hadden we het geluk om drie heldere opvlammingen rond het zwarte gat op te merken – het was een gelukkig toeval!’
Deze emissie, afkomstig van energierijke elektronen nabij het zwarte gat, was zichtbaar als drie opvallende heldere opvlammingen en zijn exact in overeenstemming met theoretische voorspellingen van de hotspots zoals die rond een zwart gat van vier miljoen zonsmassa’s zouden ontstaan [4]. Aangenomen wordt dat de opvlammingen worden veroorzaakt door magnetische interacties in het zeer hete gas dat op geringe afstand om Sagittarius A* cirkelt. Onderzoeksleider Reinhard Genzel van het MPE legt uit: ‘Dit was altijd een van onze droomprojecten, maar we durfden niet te hopen dat het zo snel zou slagen.’ Verwijzend naar de al lang bestaande aanname dat Sagittarius A* een superzwaar zwart gat is, concludeert Genzel dat ‘het resultaat een overduidelijke bevestiging is van het zware-zwarte-gat-paradigma.’
Noten
[1] Dit onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers van het Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik (MPE), het Observatoire de Paris, de Université Grenoble Alpes, CNRS, het Max-Planck-Institut für Astronomie, the Universität zu Köln, het Portugese CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação en ESO.
[2] Relativistische snelheden zijn snelheden die zo groot zijn dat de effecten van Einsteins relativiteitstheorie merkbaar worden. In het geval van de accretieschijf rond Sagittarius A*, beweegt het gas met ruwweg 30% van de lichtsnelheid.
[3] GRAVITY is ontwikkeld door een samenwerkingsverband van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Duitsland), LESIA van het Observatoire de Paris–PSL/CNRS/Sorbonne Université/Univ. Paris Diderot en IPAG van Université Grenoble Alpes/CNRS (Frankrijk), het Max-Planck-Institut für Astronomie (Duitsland), de Universität zu Köln (Duitsland), CENTRA-Centro de Astrofisica e Gravitação (Portugal) en ESO.
[4] De zonsmassa is een astronomische eenheid. Hij komt overeen met de massa van de meest nabije ster – onze zon – en heeft een waarde van 1,989 × 1030 kg. Dat betekent dat Sagittarius A* 1,3 biljoen keer zo veel massa heeft als de aarde.
