Zwarte gaten: de nieuwe middenklasse

De Hubble-ruimtetelescoop heeft de sterrenkunde deze week een flink eind verder gebracht. Waarnemingen hebben zwarte gaten aan het licht gebracht in twee sterhopen. Het ontstaan van bijvoorbeeld de Melkweg wordt nu een stuk begrijpelijker.

Alsof de eendemossels in je tuinvijver allemaal pareloesters blijken te zijn; zo ongeveer voelt de sterrenkunde zich sinds deze week. Waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop hebben zwarte gaten aan het licht gebracht in twee bolvormige sterhopen. Zulke sterhopen zweven er in grote aantallen rond elk melkwegstelsel. Als ze allemaal een zwart gat herbergen (en dat vermoeden bestaat nu) is de sterrenkunde opeens een flink eind op weg om te begrijpen hoe sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg zijn ontstaan.

Een bolvormige sterhoop (of kortweg: 'bolhoop') is een kogelvormige wolk sterren waarin er wel een miljoen kunnen zitten. Zo'n sterhoop is in veel opzichten goed te vergelijken met de maan. Zoals de maan om de aarde draait, draait een bolhoop om een melkwegstelsel. De natuurlijke satelliet van de aarde is ongeveer gelijktijdig met onze planeet ontstaan, maar heeft toch een heel andere, veel saaiere geschiedenis doorgemaakt. Hij is nu eenmaal kleiner, en kon daardoor niet de lucht en het water vasthouden die op aarde voor leven hebben gezorgd. Een bolhoop zit in hetzelfde schuitje: terwijl het melkwegstelsel waar hij omheen draait, beschikt over grote reserves aan gas en stof en daaruit voortdurend nieuwe sterren maakt, heeft de sterrenhoop zich die laten ontfutselen.

Daardoor is een bolhoop een sterrenkundig fossiel, met alleen maar sterren uit de begintijd. Dat is handig voor sterrenkundigen: ze kunnen aan die sterren zien hoe de bolhoop is ontstaan, en vermoedelijk dus ook het sterrenstelsel waar de bolhoop omheen draait. Maar verder is er weinig spectaculairs van te verwachten. Behalve dus dat in twee bolhopen, een bij de Melkweg en een bij het buurstelsel daarvan, de Andromedanevel, nu zwarte gaten zijn aangetroffen.

Zwarte gaten zijn supercompacte objecten, met in hun buurt zo'n sterke zwaartekracht dat zelfs licht er niet meer aan kan ontsnappen. In de buurt van een zwart gat gaat de relativiteitstheorie van Einstein, die in het dagelijks leven op aarde een onmeetbaar kleine correctie op de gezond verstand-natuurkunde vormt, de hoofdrol spelen. Vlakbij een zwart gat wordt de wereld een moeilijk te begrijpen plaats: de tijd gaat bijvoorbeeld steeds langzamer lopen naarmate je er dichterbij komt.

Doordat ze geen licht uitzenden, zijn zwarte gaten moeilijk te zien. Maar de extreme omstandigheden in hun buurt maken het toch mogelijk hun aanwezigheid vast te stellen: die supersterke aantrekkingskracht van ze laat langskomende sterren grote snelheden bereiken, en maakt gaswolken die om het zwarte gat heen draaien zo heet dat ze röntgenstraling uit gaan zenden. Sterrenkundigen hebben daardoor kunnen concluderen dat er zwarte gaten bestaan die zo zwaar zijn als flinke sterren, maar ook zwarte gaten die miljoenen keren zo zwaar zijn, met steevast een ereplaats in het centrum van een melkwegstelsel.

Wat de nieuwste waarnemingen van de Hubble-ruimtetelescoop nu lijken te hebben opgeleverd, is een nieuwe categorie zwarte gaten op een nieuwe plek: middenmoters van enkele duizenden keren de massa van de zon, in de kernen van twee bolhopen.

,,Of in bolhopen zwarte gaten zouden zitten, daarover wordt al een jaar of twintig, dertig gediscussieerd'', zegt vanuit het Space Telescope Science Institute in Baltimore in de VS de Nederlandse onderzoeker Roeland van der Marel, die samen met landgenoot Joris Gerssen een van de twee onderzochte bolhopen voor zijn rekening nam. ,,Maar het onderzoek naar de snelheden van sterren in een bolhoop kan alleen met de Hubble-telescoop gebeuren, en pas sinds die in 1997 een nieuw instrument kreeg. Vandaar dat we nu pas zo ver zijn.''

Het vinden van een middenklasse aan zwarte gaten kan volgens Van der Marel een doorbraak betekenen in het onderzoek naar de relatie tussen de grote zwarte gaten en hun sterrenstelsel. De zwarte gaten in de twee bolhopen blijken namelijk te voldoen aan een regel die al uit het onderzoek naar supergrote zwarte gaten naar voren was gekomen: de massa van een zwart gat bedraagt altijd ruwweg een half procent van de massa van de verzameling sterren waar je hem in tegenkomt. ,,En er zit niet veel spreiding in, die verhouding is bijvoorbeeld ook zo voor sterrenstelsels waar verhoudingsgewijs heel veel gas in zit, of juist heel weinig. Dat betekent dat er waarschijnlijk iets heel dieps gaande is tussen zwarte gaten en sterrenstelsels.''

Tot nu toe werd dat diepe verband door de verschillende onderzoekers in twee richtingen gezocht: in het ene scenario waren er in de jonge jaren van het heelal supergrote zwarte gaten, en die verzamelden wolken gas om zich heen al naar gelang hun grootte, waaruit vervolgens sterren ontstonden. In de andere zienswijze ontstond elk sterrenstelsel rond een veel kleiner zwart gat, en groeide dat aan door het opslokken van gas en sterren, sneller naarmate er meer van dat kosmische stookmateriaal in de buurt was. Van der Marel: ,,Maar dan zou zo'n sterrenstelsel toch moeten beginnen met een zwart gat van enkele duizenden zonsmassa's, en die hadden we nog nooit gezien. Nu wel.''

Betekenen zijn waarnemingen dat elke bolvormige sterhoop, waarvan bijvoorbeeld de Melkweg er al zo'n tweehonderd heeft, een zwart gat bevat? Van der Marel: ,,Een van de andere onderzoekers die de andere bolhoop heeft gedaan, Karl Gebhardt, heeft gezegd dat hij dat inderdaad vermoedt. Maar ik zou die weddenschap niet aandurven. De twee bolhopen die we hebben onderzocht, waren niet helemaal willekeurig, het waren sterhopen waarvan je door de grootte en de dichtheid zou kunnen vermoeden dat er een zwart gat in zat. Maar nu we het van deze weten, zullen er snel ook andere onderzocht worden.''

Meer over

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.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden