EN NOG KON M87 VAN DE HONGER NIET SLAPEN STERRENKUNDE

Niemand zal ooit een zwart gat te zien krijgen, maar dat belet de meeste sterrenkundigen niet aan het bestaan van deze hemellichamen te geloven. De nieuwste waarnemingen van de Hubble telescoop laten nog maar weinig ruimte voor twijfel. LE: In het sterrenstelsel M87 moet het een heksenketel zijn. Enorme hoeveelheden stof en gas gieren naar het midden van dit schijfvormige stelsel, onderweg in een draaiende beweging rakend, als water dat naar het afvoerputje van een badkuip moet. En net als het water zijn ze na aankomst opeens verdwenen. Daar in het centrum van M87 zit namelijk, dat kan volgens de laatste berichten haast niet anders, een zwart gat.

BAS DEN HOND

Sterrenkundigen in de VS hebben nieuwe opnamen vrijgegeven die met de Hubble telescoop zijn gemaakt van het centrum van M87. De opnamen, en vooral de analyse van de kleur van het licht dat de telescoop opving, vertellen overduidelijk dat zich daar een platte schijf gas bevindt die zich in een ongelooflijk snelle rotatie rond het middelpunt van M87 beweegt; de snelheid is vijfhonderdvijftig kilometer per seconde. Iets in dat middelpunt moet dat gas naar zich toetrekken en het zo aan het draaien brengen. Dat 'iets' kan niet veel groter zijn dan het zonnestelsel waarvan zon en aarde deel uitmaken, en het moet, gezien de optredende snelheden, evenveel wegen als drie miljard zonnen. Het moet wel een zwart gat zijn, en geen kleintje ook.

Een zwart gat? Hollebollegijs zou een betere naam zijn voor dit merkwaardigste van alle hemellichamen, suggereerde de Italiaanse fysicus Reggio Tulle eens. Net als de maag van de veeleter uit het traditionele rijmpje raakt een zwart gat nooit vol. Integendeel, het wordt groter en krijgt nog meer honger.

Wetenschappers hebben twee 'talen' om over een zwart gat te praten. Een theoretisch natuurkundige zal het beschrijven als een stukje vleesgeworden wiskunde, een buitenbeentje dat volgt uit de formules van de relativiteitstheorie. Hij zal zeggen dat het een singulariteit in het zwaartekrachtsveld is, een punt in de ruimte-tijd met speciale eigenschappen waardoor zich daar massa zonder materie bevindt. Een astrofysicus, iemand die er een studie van maakt hoe sterren schijnen en wat hun levensloop is, zal simpelweg zeggen dat een zwart gat het 'lijk' is van een grote ster.

Een ster gaat dood wanneer de kernfusie in zijn binnenste stopt door gebrek aan brandstof. De fusieprocessen ontstaken bij de geboorte van de ster, toen in het centrum van een gaswolk die onder invloed van de zwaartekracht samentrok de druk groot genoeg werd. In feite is het leven van een ster één lang gevecht tegen die samentrekking, tegen de zwaartekracht.

Als de kernbrandstof opraakt, geeft de ster zich over. Het hangt dan van de grootte af welk vonnis de zwaartekracht velt. Een kleine ster als de zon wordt een kleine, compacte, zwak nagloeiende ster, zo groot als de aarde bij voorbeeld: een witte dwerg. Bij een wat grotere ster perst de zwaartekracht de materie automatisch harder samen, waardoor de atomen kapot gaan en je in feite één reusachtige atoomkern krijgt van een kilometer of twintig doorsnee: een neutronenster. En bij de allergrootste sterren gaan ook de neutronen kapot en trekt alles samen in één punt. Dat wordt een zwart gat.

Waarvan de materie in een zwart gat nog gemaakt is, kun je je afvragen, maar de natuurkunde heeft zich erbij neergelegd dat dat zinloos is. Materie heeft in die omstandigheden geen bestaansrecht meer. En zelfs al zou er iets in een zwart gat zitten, de zwaartekracht er omheen is zo intens dat alles binnen een bepaalde afstand (de gebeurtenissenhorizon), kan ontsnappen. Licht niet, laat staan materie, zoals een deeltjesstraal of een ruimtevaartuig waarmee mensen de inhoud van het geheimzinnige object zouden willen onderzoeken.

Een zwart gat is de ultieme informatievernietiger: wat je er ook in gooit, het beïnvloedt volgens de wetten van de relativiteitstheorie maar drie dingen die je van buiten kunt meten: de massa van het zwarte gat, de omwentelingssnelheid en de elektrische lading. Gezien de vijftig miljoen lichtjaar die M87 zich van de aarde bevindt, zijn de sterrenkundigen al lang blij dat ze nu de massa konden schatten.

Blij is ook dr. Roeland van der Marel, die vorige maand in Leiden promoveerde op eerder gedane waarnemingen aan M87 vanaf de grond, met de William Herschel telescoop op La Palma. Van der Marel schatte in zijn proefschrift de massa van het zwarte gat net als de Amerikaanse sterrenkundigen op drie miljard zonsmassa's. Hij is blij dat de cijfers overeen komen, en ook blij dat de Amerikanen niet al een paar maanden eerder hun in februari gedane waarnemingen openbaar maakten. Dan had hij zijn proefschrift, en het artikel dat binnenkort verschijnt in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society flink moeten herschrijven, want die waren dan een stuk minder origineel geweest. Maar dat er in het midden van M87 met absolute zekerheid een zwart gat zit, tot die conclusie komt Van der Marel in zijn proefschrift niet, en zelfs op grond van de Hubblewaarnemingen blijft het volgens hem toegestaan om te twijfelen.

“Een zwart gat zendt geen licht uit, dus zien zul je het nooit. Het is net als met de relativiteitstheorie: je zult steeds betere aanwijzingen krijgen, steeds meer gegevens waardoor je er geloof aan gaat hechten, maar een echt bewijs krijg je niet.”

“Deze waarnemingen aan M87 betekenen wel een enorme vooruitgang ten opzichte van wat er de afgelopen vijfentwintig jaar aan gedaan is. En ik denk dat inmiddels 99 procent van de sterrenkundigen al wel in het bestaan van zwarte gaten gelooft. Maar het is al eerder gebeurd dat met veel bombarie werd aangekondigd dat het bewijs van een zwart gat geleverd was. Dan bleek je toch weer in je modellen een gewoon sterrenstelsel zo te kunnen inrichten, dat de waarnemingen ook zonder zwart gat te verklaren waren.”

Sterrenstelsel M87 staat wel al vijftien jaar in de belangstelling als kandidaat-gastheer voor een zwart gat, zegt Van der Marel. Dat komt doordat het een 'actief sterrenstelsel' is. Uit de heksenketel in het centrum spuit een enorme stroom deeltjes, een jet, loodrecht op de roterende schijf die nu waargenomen is. Ongeveer twee procent van de sterrenstelsels is op zo'n manier 'actief', en de enige energiebron die sterrenkundigen zich kunnen voorstellen voor zo'n voortdurende stroom is de paradoxaal genoeg de aantrekkingskracht van het zwarte gat.

Naarmate al dat gas naar het midden toe spiraalt, wordt het versneld, samengedrukt en verhit: het krijgt een heleboel energie toegediend. Het meeste van die energie verdwijnt met de materie het zwarte gat in. Een deel wordt door het gas uitgestraald in de vorm van het licht dat de Hubble en de Herschel opvingen. En tenslotte komt een klein deel van de energie terecht in sterke magnetische velden die een enorme 'deeltjesfontein' aandrijven die het stelsel van grote afstand herkenbaar maakt als actief.

De gangbare opvatting is dat een stelsel ophoudt actief te zijn als het gas en het stof op zijn en er dus niets meer het zwarte gat invalt. Dan wordt het een gewoon sterrenstelsel, met een zwart gat in het midden. Van der Marel: “Mischien is dat bij de helft van alle sterrenstelsels wel het geval.”

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2023 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden