De straalstroom die uit het zwarte gat schiet, blijkt te wiebelen. En dit is direct bewijs dat het zwarte gat roteert.
In 2019 schreven astronomen geschiedenis toen ze de allereerste foto van een zwart gat met de wereld deelden. Op die iconische foto schittert de schaduw van het zwart gat dat zich in het centrum van Messier 87 ophoudt, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster op een slordige 55 miljoen lichtjaar afstand. En daarmee was het officieel bewezen: zwarte gaten bestaan. Nu heeft hetzelfde supermassieve zwarte gat nog een belangrijke ontdekking opgeleverd. Want recentelijk is er nieuw bewijs gevonden dat aantoont dat het ook nog eens draait.
Rotatie
Supermassieve zwarte gaten zijn reusachtige ‘monsters’ die miljarden keren zwaarder zijn dan onze zon. Ze slokken alles om zich heen op, zelfs licht kan niet aan hun greep ontsnappen. Dit maakt zwarte gaten, zoals je je kunt voorstellen, uiterst lastig om te bestuderen. Ze geven niet zomaar hun geheimen prijs. Theoretisch gezien zijn er maar weinig eigenschappen die astronomen überhaupt hopen te meten. Eén van de eigenschappen die we wel eventueel zouden kunnen waarnemen, is hun rotatie. Maar vanwege de complexiteit van dit proces zijn astronomen er tot nu toe nog niet in geslaagd om de draaiing van een zwart gat direct waar te nemen.
Bewijsmateriaal
Een internationaal team van wetenschappers heeft zich gericht op het verzamelen van bewijsmateriaal voor de draaiing van een supermassief zwart gat, door meer dan twintig jaar aan observatiegegevens van het sterrenstelsel M87 te analyseren. Dit sterrenstelsel herbergt – zoals je onderhand weet – een befaamd zwart gat dat maar liefst 6,5 miljard keer zo zwaar is als onze zon. Het supermassieve zwarte gat in M87 staat bekend om zijn accretieschijf (een schijf waarin gas en stof uit de omgeving zich ophoopt) die materie in de richting van het zwarte gat stuurt. Ook weten we dat het een uitgestraalde bundel van materie herbergt, ook wel een straalstroom genoemd, waaruit materie vanuit de directe omgeving van het zwarte gat met bijna de snelheid van het licht wordt uitgestoten.
Telescopen
Het onderzoeksteam heeft informatie uit maar liefst 170 verschillende tijdsperioden geanalyseerd. Deze gegevens werden verzameld met behulp van verschillende radiotelescopen, waaronder het East Asian VLBI Network (EAVN) en de Very Long Baseline Array (VLBA). In totaal hebben meer dan 20 radiotelescopen verspreid over de hele wereld een bijdrage geleverd.
Wiebelen
De resultaten zijn opwindend. Zo blijkt dat de gravitatiekrachten tussen de accretieschijf en de draaiing van het zwarte gat ervoor zorgen dat de basis van de straalstroom heen en weer wiebelt. Dit is vergelijkbaar met hoe de gravitatiekrachten in ons zonnestelsel de aardas doen kantelen. Het onderzoeksteam slaagde erin om deze wiebelingen in de beweging van de straalstroom te linken aan het centrale supermassieve zwarte gat, wat direct bewijs levert dat het zwarte gat inderdaad draait. De richting van de straalstroom verschuift ongeveer 10 graden gedurende een periode van 11 jaar, wat overeenkomt met theoretische computermodellen die zijn uitgevoerd met behulp van de supercomputer ATERUI II van het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).
Enthousiast
Yuzhu Cui, de hoofdauteur van de studie die onlangs in Nature is gepubliceerd, is enthousiast. “We zijn opgetogen over deze significante ontdekking,” zeg hij. “Omdat de afwijking tussen het zwarte gat en de schijf relatief klein is en de periode van precessie ongeveer 11 jaar bedraagt, bleek het verzamelen van nauwkeurige gegevens gedurende meer dan twee decennia en het uitvoeren van een diepgaande analyse absoluut noodzakelijk om deze prestatie te behalen.”
We weten het zeker
Dankzij de studie weten we het nu bovendien honderd procent zeker: het zwarte gat in het hart van het sterrenstelsel M87 staat niet stil. “Na het succes van het maken van de eerste foto van het zwarte gat in dit sterrenstelsel met behulp van de EHT, was het voor wetenschappers van groot belang om te achterhalen of het nou ook nog draait of niet,” zegt onderzoeker Kazuhiro Hada. “Nu hebben we die nieuwsgierigheid omgezet in overtuiging. Dit monsterlijke zwarte gat draait absoluut.”
Al met al is de ontdekking opnieuw een belangrijke mijlpaal in de astronomie. “We hebben dit resultaat uiteindelijk kunnen bereiken dankzij jarenlange waarnemingen door een internationaal onderzoeksteam bestaande uit 45 instellingen wereldwijd, die als één team hebben gewerkt,” zegt mede-auteur Motoki Kino. “Onze waarnemingsdata draagt bij aan een verdere verfijning van ons begrip van zwarte gaten en straalstromen.”
