Mysterie aan de randen van een superzwaar zwart gat: kosmische röntgenflitsen volgen elkaar steeds sneller op

Een superzwaar zwart gat op tientallen miljoenen lichtjaren afstand houdt astronomen al jaren bezig. Eerst verdween zijn stralende corona plotseling, om later opeens weer terug te keren. Nu zorgt het zwarte gat opnieuw voor opwinding. Dit keer vanwege een mysterieus, opzwepend patroon van kosmische röntgenflitsen.

Het zwarte gat in kwestie heeft de treffende naam 1ES 1927+654, bevindt zich in een ver sterrenstelsel op zo’n 100 miljoen lichtjaren hiervandaan, en is even zwaar als een miljoen zonnen. Astronomen van onder andere het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben hun aandacht al sinds 2018 op het object gericht, omdat zijn corona – een gloeiendhete wolk van plasma – toen onverwachts verdween, om maanden later weer op te duiken. Dit fenomeen is nog nooit eerder waargenomen in de astronomie, en daarom wordt elk signaal dat het superzware zwarte gat uitzendt nauwkeurig bestudeerd.

Sindsdien hebben onderzoekers een nieuwe ontdekking gedaan: röntgenstralen die uit het zwarte gat komen, flitsen in een steeds sneller tempo deze kant op. Over een periode van twee jaar versnelden de flitsen van eens in de achttien minuten naar eens in de zeven minuten. Sterrenkundigen staan voor een raadsel, want ook dit is nog niet eerder waargenomen bij een zwart gat.

Dansen op de vulkaan
Het team van MIT vermoedt dat de oorzaak de aanwezigheid van een witte dwerg is – de overgebleven kern van een dode ster. Het heeft er namelijk alle schijn van dat deze compacte ster om het zwarte gat heen cirkelt, rakelings langs de gevreesde waarnemingshorizon (event horizon) – een grens van waarachter niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen. “We kennen geen kosmisch object dat dichter rond een zwart gat cirkelt dan deze witte dwerg”, zegt hoofdonderzoeker Megan Masterson van MIT, die samen met haar collega’s het hemellichaam ontdekt heeft. “Het laat zien dat witte dwergen een tijdlang heel dicht bij een waarnemingshorizon kunnen blijven zonder erin te vallen.”

Op deze afbeelding is te zien hoe een stroom materie een witte dwerg volgt die in een baan rond het binnenste van de accretieschijf rond het superzware zwarte gat van 1ES 1927 draait. Foto: Aurore Simonnet/Sonoma State University

De bevindingen zijn deze week gepresenteerd tijdens de 245ste bijeenkomst van de American Astronomical Society in Maryland en worden binnenkort gepubliceerd in Nature.

Sporen van zwaartekrachtgolven
Als de witte dwerg inderdaad de boosdoener is, dan is er een goede kans dat er tijdens dit proces ook zwaartekrachtgolven worden geproduceerd, de subtiele trillingen in de ruimtetijd waar astronomen graag meer over willen weten. Deze golven kunnen nu nog niet worden opgevangen, maar vallen binnen het detectiebereik van toekomstige telescopen, zoals ESA’s geplande zwaartekrachtgolvendetector LISA, die rond 2036 op rol staat om gelanceerd te worden. “LISA is ontworpen om oscillaties op een schaal van minuten te meten, precies wat we hier zien”, zegt MIT-fysicus en mede-onderzoeker Erin Kara.

Masterson en Kara maakten deel uit van het team dat in 2018 de verdwijning van de corona van 1ES 1927+654 vastlegde. Na zijn comeback werd de corona het helderste röntgenobject aan de hemel. “Het was prachtig om te zien”, zegt Kara. “Het gedroeg zich daarna een tijd vrij normaal, maar we bleven het monitoren, want we voelden dat het iets bijzonders was. Toen zagen we deze flitsen, iets wat we nog nooit eerder hadden waargenomen.” Het team ontdekte de röntgenflitsen met de ruimtetelescoop XMM-Newton van de ESA en ze zagen in de volgende twee jaar dat het tempo waarin ze elkaar opvolgden, gestaag versnelde.

Op de rand van instorting
De bron van de röntgenflitsen bevindt zich extreem dicht bij het zwarte gat, op slechts enkele miljoenen kilometers van de waarnemingshorizon. Masterson en Kara onderzochten verschillende verklaringen, waaronder een oscillatie van de corona zelf. Maar een witte dwerg lijkt toch de meest logische verklaring.

Volgens de berekeningen van de onderzoekers is de witte dwerg slechts een tiende zo zwaar als de zon. Doordat de zwaartekracht van het zwarte gat aan de ster trekt, beweegt de witte dwerg steeds sneller. Dit verklaart de toename in flitssnelheid. Toch zal de ster waarschijnlijk nog lang niet in het zwarte gat verdwijnen, denken de wetenschappers. De witte dwerg lijkt tijdens het cataclysmische proces namelijk een kosmisch jasje uit te hebben gedaan, en de overblijfselen van deze buitenste laag werken nu als buffer. “Witte dwergen zijn zo klein en compact dat ze heel moeilijk uit elkaar te trekken zijn”, legt Kara uit. “Ze kunnen zich vlak bij een zwart gat bevinden zonder direct ten onder te gaan.”

Ogen openhouden
Het team blijft 1ES 1927+654 monitoren, in afwachting van wat dit raadselachtige systeem hen nog meer kan leren. De lancering van LISA over een jaar of tien gaat ons ongetwijfeld cruciale nieuwe inzichten opleveren. “Het belangrijkste wat ik heb geleerd van dit systeem, is om nooit weg te kijken”, zegt Masterson. “Het blijft ons verbazen. De volgende stap is om onze ogen de komende jaren gewoon open te houden.”

Bronmateriaal

"Millihertz Oscillations Near the Innermost Orbit of a Supermassive Black Hole" - arXiv
Afbeelding bovenaan dit artikel: Aurore Simonnet/Sonoma State University

Fout gevonden?

Interessant voor jou

Voor jou geselecteerd