Dichtstbijzijnde zwarte gat ontdekt ‘recht onder onze neus’

Het enorme kosmische object zit verscholen in een sterrenstelsel dat met het blote oog kan worden waargenomen.

Monday, May 11, 2020,
Door Michael Greshko
Op deze artist’s impression is de baan van de objecten in het drievoudige systeem HR 6819 ...

Op deze artist’s impression is de baan van de objecten in het drievoudige systeem HR 6819 te zien. Het systeem bestaat uit een binnenste ster (blauwe baan), een nieuw ontdekt zwart gat (rode baan) en een derde ster met een wijdere baan (eveneens in blauw).

Foto van Illustration by ESO/L. Calçada

In de winter is op het zuidelijk halfrond ‘s nachts een blauw lichtpuntje te zien in het sterrenbeeld Telescoop. Dit schitterende puntje in de hemel, dat lijkt op een heldere ster, zijn in werkelijkheid twee sterren die dicht om elkaar heen draaien – vergezeld van een zwart gat dat zich dichter bij de aarde bevindt dan alle andere die tot nu toe ontdekt zijn.

Het nieuw ontdekte zwarte gat bevindt zich op zo’n 1011 lichtjaar afstand van de aarde, in het stelsel HR 6819. Astronomy & Astrophysics meldde op 6 mei dat het onzichtbare object ingeklemd is tussen de banen van twee zichtbare sterren. Het gat is naar schatting ongeveer vier keer zo zwaar als de zon en staat grofweg 2500 lichtjaar dichter bij de aarde dan het volgende zwarte gat.

“Het lijkt erop dat het zich vlak onder onze neus had verstopt,” zegt astronoom Kareem El-Badry, promovendus aan de University of California in het Amerikaanse Berkeley. El-Badry is gespecialiseerd in dubbelsterren, maar maakte geen onderdeel uit van dit onderzoek. “Deze dubbelster is zo fel dat er sinds de jaren tachtig al onderzoek naar wordt gedaan, maar het stelsel had duidelijk nog wat verrassingen in petto.”

HR 6819 in het midden van een wijds beeld van de hemel, gemaakt door beelden van de Digitized Sky Survey 2 met elkaar te combineren. De twee sterren staan zo dicht bij elkaar dat het lijkt alsof er slechts één ster is, terwijl het drievoudige systeem ook het zwarte gat omvat dat dichter bij ons zonnestelsel staat dan alle andere die tot nu toe ontdekt zijn.

Foto van beeld: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Voor de mens is een afstand van duizend lichtjaar enorm. Als je een model van de Melkweg zo op schaal zou maken dat de aarde en de zon vlak naast elkaar zouden liggen, dan zou HR 6819 op bijna 6,5 kilometer afstand staan. Maar als je het bekijkt in het grote geheel van het Melkwegstelsel, dat meer dan 100.000 lichtjaar breed is, dan bevindt HR 6819 zich eigenlijk best dichtbij en lijkt het aannemelijk dat de Melkweg vol zwarte gaten zit.

“Als je er één ontdekt dat heel dicht bij je staat, en je er vanuit gaat dat je geen uitzondering bent, dan moeten er overal van die gaten zijn,” aldus hoofdauteur van het onderzoek Thomas Rivinius, astronoom bij de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili.

Zwarte gaten omgeven door sterren

Onderzoekers zijn al lange tijd van mening dat de Melkweg honderden miljoenen zwarte gaten herbergt, objecten met een zeer hoge dichtheid waarvan het zwaartekrachtsveld zo intens is dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen. Maar het is gebleken dat deze donkere objecten ontzettend moeilijk te vinden zijn. Een tiental zwarte gaten in het Melkwegstelsel konden worden ontdekt doordat ze zich ‘voeden’ met nabij gelegen gaswolken – een proces waarbij de materie rond de randen van het zwarte gat draait en er röntgenstralen worden uitgezonden. Maar het merendeel van de zwarte gaten in ons Melkwegstelsel zijn onzichtbaar en de enige manier om deze te vinden is door te kijken naar de effecten die hun zwaartekracht heeft op de objecten om hen heen.

De astronomen die onderzoek deden naar HR 6819 waren overigens helemaal niet op zoek naar zwarte gaten.  Zij wilden meer informatie vergaren over twee vreemde sterren die om elkaar heen draaien.

De massa van de buitenste ster, een zogenaamde ‘Be ster’, is een aantal keer groter dan die van de zon en zijn vuur is heter en blauwer. Rond de evenaar draait het oppervlak van Be sterren met een snelheid van meer dan 480 kilometer per seconde, dat is meer dan 200 keer sneller dan de zonsevenaar. “Ze draaien zo snel dat materie bijna vanzelf van de ster afvliegt,” zegt Rivinius.

Tijdens een 4 maanden durende observatie van HR 6819 in 2004 toonden waarnemingen met de 2,2 meter MPG/ESO-telescoop in het observatorium La Silla in Chili al aan dat dit systeem geen doorsnee dubbelster was. De ’normale’ binnenste ster leek eens in de 40,3 dagen om een ander object te draaien, terwijl de grotere Be ster veel verder weg stond en zowel rond de binnenste ster als het mysterieuze derde object heen leek te draaien.

Zwarte gaten 101
In het centrum van ons zonnestelsel kolkt een enorm zwart gat. Leer meer over de soorten zwarte gaten, hoe ze ontstaan, en hoe wetenschappers deze onzichtbare, bijzondere objecten in ons heelal ontdekten.

Vijf jaar later leidde Stan Štefl van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht een initiatief tot het opnieuw onderzoeken van deze waarnemingen, die leken te duiden op de stiekeme aanwezigheid van een zwart gat in HR 6819. Maar in 2014 overleed Štefl in een auto-ongeluk, waarna het onderzoek werd gestaakt.

In november 2019 vond Rivinius, een specialist op het gebied van Be sterren en jarenlang de collega van Štefl, een nieuwe aanleiding om HR 6819 opnieuw onder de loep te nemen. Een afzonderlijke groep wetenschappers had een onderzoek gepubliceerd naar een sterrensysteem met de bijnaam LB-1, dat een zwart gat bevatte met een massa die zo’n zeventig keer groter was dan dat van onze zon. Dit onderzoek deed onmiddellijk veel stof opwaaien. Op basis van wat natuurkundigen weten over de wijze waarop zwarte gaten van stellaire massa ontstaan – ze zijn het overblijfsel van een enorm zware ster na een supernova-explosie – zou het ontstaan van zwarte gaten van zulke afmetingen niet mogelijk moeten zijn. Immers, als een ster die groot genoeg is om een zwart gat van zo’n afmeting te veroorzaken tot zijn einde zou komen, dan zou de explosie zodanig zijn dat het overgebleven puin niet meer kan instorten.

Maar het team van Rivinius merkte op dat de gegevens over LB-1 grote overeenkomsten vertoonden met wat ze jaren eerder hadden gezien bij HR 6819. Ze begonnen met het vastleggen van de kenmerken van het mysterieuze derde object en concludeerden, op basis van berekeningen van de baan en felheid van de ster, dat het object een massa had die minstens 4,2 keer zo groot was als die van onze zon – vergelijkbaar met andere, al bekende zwarte gaten in de Melkweg.

Een onzichtbaar doel

Als het object een massa heeft van ongeveer vier keer de zon, dan kan het geen gewone ster zijn, want een ster van die afmeting zou “heel makkelijk te zien zijn,” zegt mede-auteur van het onderzoek Dietrich Baade, emeritus wetenschapper bij ESO. Het is ook te groot voor een neutronenster, de ineengestorte kern van een reuzenster na een supernova-explosie.

Er was slechts één soort object dat de afmeting zou kunnen verklaren: een zwart gat.

Maar, zegt El-Badry, alle onderzoeken naar systemen zoals HR 6819, met meerdere objecten in de buurt, houden rekening met een aantal mogelijke fouten. De buitenste Be ster en de binnenste ster van HR 6819 staan te dicht bij elkaar om ze met één optische telescoop van elkaar te kunnen scheiden. De twee sterren kunnen alleen worden geïdentificeerd door het verschillende lichtspectrum dat ze uitstralen.

In sommige gevallen kunnen oudere sterren die geen buitenste sterschil van waterstof meer hebben, qua uiterlijk lijken op jongere sterren met meer massa. Als de binnenste ster van HR 6819 zo’n geval is, zullen de onderzoekers de massa van het vermoedelijke zwarte gat opnieuw moeten berekenen.

In een volgende fase zullen onderzoekers, onder leiding van mede-auteur van het onderzoek Petr Hadrava, zich richten op het ‘ontrafelen’ van het licht dat HR 6819 uitstraalt en het blootleggen van de exacte spectra van de twee sterren, om zo hun identiteit definitief te kunnen vaststellen. El-Badry voegt hieraan toe dat de GAIA telescoop van de Europese Ruimtevaartorganisatie, die de Melkweg met ongekende precisie in kaart brengt, wellicht meer details kan verschaffen over de banen binnen HR 6819. En omdat het systeem zo dicht bij de aarde staat, zouden astronomen de twee individuele sterren ook kunnen identificeren met behulp van een techniek die interferometrie wordt genoemd. Hierbij worden meerdere telescopen met elkaar verbonden, vergelijkbaar met het netwerk van telescopen waarmee met succes de omtrek van een enorm zwart gat in beeld werd gebracht.

“Bij een zwart gat waar een ster omheen cirkelt, kunnen we normaal gesproken de ster zelf niet rond het zwarte gat zien bewegen,” zegt mede-auteur van het onderzoek Marianne Heida, postdoctoraal onderzoeksassistent bij ESO. “Dit systeem staat echter zo dichtbij dat we de beweging zouden moeten kunnen zien… en dat betekent dat je, als alles goed gaat, een veel beter idee zou kunnen krijgen van de massa van het zwarte gat.”

De onderzoekers maken zich op voor de volgende stappen, waarbij ze eer bewijzen aan de drijvende kracht achter de vondst van het zwarte gat, Štefl. “Stan was heel voorzichtig,” zegt Rivinius met een grijs. “Hij zou me nu waarschijnlijk aankijken en iets zeggen als: Weet je het heel zeker?”

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

lees verder

Na 30 jaar onthult Hubble nog steeds mysteries van het heelal

Ver buiten zijn verwachte levensduur verzamelt deze telescoop data waarmee belangrijke vragen over de ruimte worden beantwoord - en het levert schitterende beelden op.
2:56

Zwarte gaten 101

In het centrum van ons zonnestelsel kolkt een enorm zwart gat. Leer meer over de soorten zwarte gaten, hoe ze ontstaan, en hoe wetenschappers deze onzichtbare, bijzondere objecten in ons heelal ontdekten.

18 planeten ter grootte van de aarde ontdekt recht voor onze neus

Astronomen voorspellen dat er nog honderden kleine planeten van dit type zullen worden ontdekt in onze Melkweg, dankzij een nieuwe methode om data van de NASA te analyseren.
Lees meer