Hebben deze astronomen waargenomen hoe een zwart gat een neutronenster opslokte?

Rimpelingen in de ruimtetijd duiden mogelijk op een kosmische botsing die nooit eerder werd waargenomen.woensdag 21 augustus 2019

Een artistieke impressie van een zwart gat dat een neutronenster opslokt. Terwijl de neutronenster in een baan rond het zwarte gat cirkelt, wordt de ster door de enorme zwaartekracht van het zwarte gat aan stukken gescheurd, een verschijnsel dat ‘tidal disruption’ wordt genoemd.
Een artistieke impressie van een zwart gat dat een neutronenster opslokt. Terwijl de neutronenster in een baan rond het zwarte gat cirkelt, wordt de ster door de enorme zwaartekracht van het zwarte gat aan stukken gescheurd, een verschijnsel dat ‘tidal disruption’ wordt genoemd.
fotograaf Illustratie door Dana Berry, NASA

Ongeveer 900 miljoen jaar geleden had een zwart gat een enorme oprisping, die door de kosmos na-echode. Op 14 augustus trokken de daardoor ontstane rimpelingen in de ruimtetijd door de aarde - wat het tot nu toe beste bewijs opleverde van een kosmische botsing die nooit eerder werd waargenomen en die nieuwe kennis zou kunnen opleveren over hoe het universum in elkaar zit.

Het signaal, dat S190814bv werd gedoopt, werd vermoedelijk veroorzaakt door de fusie van een zwart gat en een neutronenster. (Een neutronenster is het overblijfsel van een geëxplodeerde ster, met een gigantische dichtheid.) Hoewel astronomen al veel langer verwachtten dat dergelijke tweeledige stelsels bestonden, waren ze nog nooit waargenomen door de telescopen die de hemel afspeuren naar licht in allerlei verschillende golflengten. (Bekijk hier hoe de eerste foto van een zwart gat werd gemaakt.)

Astronomen voorspellen echter ook dat dergelijke stelsels tijdens de fusie van het zwarte gat en de neutronenster rimpelingen veroorzaken die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Dit soort rimpelingen in de ruimtetijd werden ruim een eeuw geleden al voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die stelde dat de botsing van twee lichamen met een enorme massa zou zorgen voor rimpelingen in het ‘weefsel’ van het universum.

De eerste waarnemingen van zwaartekrachtgolven werden in 2015 gedaan, toen het observatorium LIGO het signaal opving van de samensmelting van twee zwarte gaten. Sinds die tijd hebben LIGO en zijn Europese tegenhanger, het observatorium Virgo, nog enkele fusies van zwarte gaten gedetecteerd, en bovendien de botsing van twee neutronensterren. Zowel LIGO als Virgo namen S190814bv waar, en als het hierbij inderdaad gaat om een fusie tussen een zwart gat en een neutronenster, is dat de derde soort botsing die met behulp van zwaartekrachtgolven kan worden geregistreerd.

Zwaartekrachtgolven
Zwaartekrachtgolven

Hoewel detectoren op 26 april ook al signalen opvingen van een fusie tussen een neutronenster en een zwart gat, is S190814bv volgens wetenschappers veel overtuigender.De kans dat het bij de waarneming in april ging om een geluid dat van de aarde afkomstig is, is een op zeven, en de verwachting is dat er ongeveer eens in de twintig maanden sprake is van een ‘vals alarm’ zoals bij het signaal uit april. Maar S190814bv is zo goed als zeker afkomstig van buiten onze planeet en een vals alarm dat lijkt op S190814bv doet zich volgens het LIGO-team minder vaak voor dan eens in de totale leeftijd van het universum.

“Deze vondst is veel opwindender,” aldus LIGO-onderzoeker Christopher Berry, die als natuurkundige is verbonden aan de Amerikaanse Northwestern University. “De kans dat dit echt blijkt te zijn is veel groter, dus het is het waard om hier tijd en moeite in te steken.”

Kosmische versnipperaar                                       

LIGO en Virgo hebben de bron van S190814bv weten te herleiden tot een ovaal deel van de hemel dat ongeveer elf keer zo groot is als de volle maan. Daardoor kunnen telescopen nu op zoek gaan naar ongebruikelijke lichtflitsen. De gebruikelijke observatiewerkzaamheden van instrumenten over de hele wereld en in de ruimte zijn tijdelijk opgeschort zodat ze kunnen meewerken aan de speurtocht en de vroege resultaten worden realtime bekendgemaakt.

“Het is heel spannend,” stelt Aaron Tohuvavohu, de wetenschapper die ‘obervatoriumdienst’ heeft voor de Swifttelescoop van NASA. Deze is op zoek naar flitsen van röntgenstraling en uv-licht in het hemelgedeelte waar het zwaartekrachtgolfsignaal vandaan kwam. “Ik heb de hele nacht niet geslapen, en ik vind het nog leuk ook.”

Als Swift en andere telescopen inderdaad nog een glimp opvangen van de botsing die door LIGO en Virgo werd gevoeld, zou dat veel betekenen voor de astronomie. Wetenschappers zouden door dat licht voor het eerst in een neutronenster kunnen kijken, en mogelijk nieuw onderzoek kunnen doen naar de grenzen van relativiteit.

“Dat zou fantastisch zijn, een soort droom voor theoretici,” aldus LIGO-onderzoeker Vicky Kalogera, een natuurkundige van de Northwestern University.

Maar het is helemaal niet zeker dat de telescopen iets zullen waarnemen. De huidige theorie voorspelt dat er bij botsingen tussen neutronensterren en zwarte gaten niet altijd licht vrijkomt. Of dat gebeurt hangt af van de verhouding tussen de massa's van de twee objecten.

Hoe gelijker die massa's van het zwarte gat en de neutronenster zijn, hoe langer de ster erover doet om spiraalsgewijs in het zwarte gat te verdwijnen.Daardoor kunnen de banen van de twee objecten dichter bij elkaar komen te liggen, waardoor de zwaartekracht van het zwarte gat meer gelegenheid heeft om de neutronenster uit elkaar te scheuren. De gloeiende ‘confetti’ die daardoor ontstaat kan dan, alvorens in het zwarte gat te verdwijnen, licht uitstralen dat telescopen kunnen opvangen.

Maar als het zwarte gat veel groter is dan de neutronenster, dan is het mogelijk dat het de ster zonder poespas in zijn geheel opslokt zonder dat er licht vrijkomt. Kalogera vertelt dat wetenschappers nog steeds bezig zijn de gegevens van S190814bv uit te pluizen, om de bandbreedte te bepalen voor de massa van het zwarte gat. Daardoor zou al meer duidelijk kunnen worden over wat er nou heeft plaatsgevonden.

De situatie inschatten

Een andere, vreemdere, mogelijkheid is dat het kleinere object in S190814bv helemaal geen neutronenster is.

LIGO en Virgo classificeren de fusies die ze waarnemen aan de hand van schattingen van de massa's die zijn betrokken bij de botsingen die ze registreren. Alle massa's die kleiner zijn dan drie keer die van onze zon, worden gezien als neutronenster. Alle massa’s die groter zijn dan vijf keer die van onze zon, worden gezien als een zwart gat. In dit geval wordt geschat dat het kleine object dat betrokken is bij S190814bv, kleiner is dan drie keer de massa van de zon.

Hoewel het in theorie mogelijk is dat er zwarte gaten bestaan met een kleinere massa, hebben röntgen-metingen in de kosmos geen enkel spoor daarvan opgeleverd. Evenzo stellen onze beste theorieën over neutronensterren dat deze, als ze veel groter worden dan twee keer de massa van de zon, ineenstorten en zwarte gaten vormen. Wat als het onderscheid tussen drie keer en vijf keer de massa van de zon alleen maar voortkomt uit ontbrekende observaties, en het kleinere object in S190814bv gewoon een heel klein zwart gat is?

“Deze waarneming zou een antwoord kunnen geven op twee vragen,” stelt Berry. “Wat is de maximale massa van een neutronenster en wat is de minimale massa van een zwart gat?”

De identiteit van het kleinere object van S190814bv kan mogelijk worden vastgesteld aan de hand van nauwelijks waarneembare eigenschappen van de zwaartekrachtgolven. En als uit de metingen die werden gedaan na de waarneming toch blijkt dat er een nagloeiend lichtverschijnsel is, wat volgens Kalogera weken kan duren voordat dit duidelijk is, zou daarmee bijna zeker zijn dat het kleinere object een neutronenster is.

Maar wat het signaal ook is, het is hoe dan ook een primeur, aldus Berry” “Dit is een win-winsituatie.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees verder

44x de wonderen van de ruimte
44x de wonderen van de ruimte
44 foto's
44x de wonderen van de ruimte
Bekijk deze spectaculaire foto's van de ruimte en ontdek zijn vele wonderen.
Hoe de allereerste opname van een zwart gat werd gemaakt

Hoe de allereerste opname van een zwart gat werd gemaakt

Door een telescoop ter grootte van de Aarde te creëren hebben astronomen dit bizarre fenomeen voor het eerst kunnen waarnemen.
Astronomen zagen mogelijk voor het eerst ster in zwart gat veranderen

Astronomen zagen mogelijk voor het eerst ster in zwart gat veranderen

“Dit is het object waarop we jaren hebben gewacht,” zegt een astrofysicus.
Lees meer