Veel zwarte gaten die tot nu toe zijn gedetecteerd, lijken deel uit te maken van een paar. Maar dit zwarte gat heeft niet één, maar twee metgezellen.
Op ongeveer 8.000 lichtjaar van de aarde ligt het zwarte gat V404 Cygni. Dit object was één van de eerste die in 1992 als zwart gat werd bevestigd. Sindsdien is V404 Cygni één van de meest onderzochte zwarte gaten en is het onderwerp van meer dan 1.300 wetenschappelijke artikelen geworden. Maar nu blijkt dit zwarte gat ons toch nog te verrassen. Onderzoekers hebben namelijk ontdekt dat V404 Cygni vergezeld wordt door maar liefst twee sterren. Dit betekent dat er voor het eerst een zogenaamd ’ternair’ systeem is gevonden.
Binair systeem
Veel zwarte gaten die tot nu toe zijn ontdekt, lijken deel uit te maken van een paar. Deze binaire systemen bestaan uit een zwart gat en een tweede object – zoals een ster, een veel dichtere neutronenster of een ander zwart gat – dat om het zwarte gat draait. Dit object wordt naar het zwarte gat getrokken door de zwaartekracht, waardoor ze samen een paar vormen.
Ternair systeem
Maar nu blijkt dat er dus ook ternaire systemen kunnen bestaan. In een studie die in Nature is verschenen, melden fysici dat ze voor het eerst zo’n systeem hebben ontdekt. Dit nieuwe systeem bevat een centraal zwart gat dat zich voedt met een kleine ster die elke 6,5 dagen een rondje rond het zwarte gat voltooit. Maar verrassend genoeg blijkt er ook een tweede ster te zijn die om het zwarte gat draait, weliswaar op een veel grotere afstand. De fysici schatten dat deze verre metgezel het zwarte gat eens in de 70.000 jaar omcirkelt.
Ver weg
Dat deze tweede metgezel nog niet eerder was ontdekt, is gezien de grote afstand niet zo verwonderlijk. De onderzoekers berekenden dat de buitenste ster 3.500 astronomische eenheden (AU, 1 AU is de afstand tussen de aarde en de zon) van het zwarte gat ligt. Dit betekent dat de buitenste ster 3.500 keer verder van het zwarte gat af staat dan de aarde van de zon. Dit komt ook overeen met 100 keer de afstand tussen dwergplaneet Pluto en onze moederster.
Oorsprong
Het feit dat het zwarte gat blijkbaar zwaartekracht uitoefent op een object dat zo ver weg is, roept vragen op over de oorsprong van het zwarte gat zelf. “We denken dat de meeste zwarte gaten voortkomen uit heftige explosies van sterren”, vertelt onderzoeker Kevin Burdge. “Maar deze ontdekking zet daar vraagtekens bij.”
Supernova
Verondersteld wordt dat zwarte gaten ontstaan uit de heftige explosie van een ster die stervende is – een proces dat we een supernova noemen. Tijdens deze explosie geeft een ster een enorme hoeveelheid energie en licht vrij in een laatste uitbarsting, voordat het instort tot een onzichtbaar zwart gat. De ontdekking van het team suggereert echter dat als V404 Cygni het resultaat was van een gewone supernova, de energie die het tijdens zijn instorting zou hebben vrijgegeven, alle losjes gebonden objecten in de omgeving zou hebben weggeblazen. Dit betekent dat de tweede, buitenste ster dan dus niet meer in de buurt zou moeten zijn.
Vlieger
“Stel je voor dat je een vlieger vasthoudt, maar in plaats van een sterke draad, trek je met een spinnenweb”, zegt Burdge. “Als je te hard trekt, breekt het web en verlies je de vlieger. Dit is ook hoe zwaartekracht werkt. Als er iets ingrijpends gebeurt met het binnenste paar, verlies je de buitenste ster.”
Directe instorting
Het team vermoedt dan ook dat het zwarte gat is ontstaan door een mildere ‘directe instorting’. In dit scenario implodeert een ster simpelweg in zichzelf en vormt zo een zwart gat, zonder een laatste spectaculaire explosie. Een dergelijke milde oorsprong zou weinig invloed hebben op losjes gebonden, verre objecten. Omdat het nieuw ontdekte ternaire systeem een zeer verre ster bevat, suggereert dit dat V404 Cygni is ontstaan door deze zachtere, directe instorting. Terwijl astronomen al eeuwenlang heftige supernova’s hebben waargenomen, denkt het team dat dit nieuwe ternaire systeem mogelijk het eerste bewijs biedt van een zwart gat dat door dit mildere proces is ontstaan. “Dit systeem is enorm interessant voor de evolutie van zwarte gaten”, onderstreept Burdge. “Bovendien roept het de vraag op of er nog meer ‘drie-eenheden’ bestaan.”
Leeftijd
Naast de nieuwe inzichten over de oorsprong van het zwarte gat, geven de onderzoekers aan dat ze ook de leeftijd van het hele systeem hebben kunnen bepalen. En dat is te danken aan die buitenste ster. Het team ontdekte dat de buitenste ster zich momenteel in de fase bevindt waarin hij een rode reus wordt – een stadium dat optreedt aan het einde van de levenscyclus van een ster. Op basis van deze stellair overgang concludeert het team dat de buitenste ster ongeveer 4 miljard jaar oud is. Aangezien naburige sterren rond dezelfde tijd ontstaan, veronderstellen de onderzoekers dat het gehele ternaire systeem ook 4 miljard jaar oud is. “Nu weten we dat V404 Cygni deel uitmaakt van een drie-eenheid, dat het mogelijk is ontstaan door directe instorting én dat het ongeveer 4 miljard jaar geleden is gevormd”, aldus Burdge.
De ontdekking van het eerste ternaire systeem vertegenwoordigt een belangrijke mijlpaal in ons begrip van de vorming en evolutie van zwarte gaten. De studie breidt onze kennis over zwarte gaten, de objecten die ze kunnen herbergen en de manier waarop ze worden gevormd, dan ook drastisch uit. De onderzoekers hopen in vervolgonderzoek meer ternaire systemen te vinden, wat zou helpen om de mysteries van het universum verder te ontrafelen.
