In de dichtstbijzijnde bolvormige sterrenhoop is ruimtetelescoop Hubble gestuit op het tot op heden beste bewijs voor het bestaan van een tamelijk ongrijpbare klasse zwarte gaten: het middelzware zwarte gat.
Dat is te lezen in het blad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. In het blad presenteren wetenschappers een kandidaat-zwart gat dat zich op zou houden in de bolvormige sterrenhoop die het dichtst bij de aarde staat: M4. Deze bolvormige sterrenhoop is zo’n 6000 lichtjaar van ons verwijderd en herbergt volgens waarnemingen van Hubble – aangevuld met observaties van ruimtetelescoop Gaia – mogelijk een zwart gat dat ongeveer 800 keer zwaarder is dan onze zon. Met een dergelijke massa zou het zwarte gat gerekend kunnen worden tot de middelzware zwarte gaten (zie kader).
Bijna alle zwarte gaten die tot op heden ontdekt zijn, zijn onder te verdelen in twee categorieën: kleintjes en supergrote. De kleintjes zijn enkele keren zwaarder dan onze zon en ontstaan wanneer sterren exploderen. Alleen in onze Melkweg zijn naar schatting al zo’n 100 miljoen van deze kleine zwarte gaten te vinden. Daarnaast bevindt zich in het hart van onze Melkweg nog een zwart gat dat zo’n 4,15 miljoen(!) keer zwaarder is dan onze zon. Dit is een superzwaar zwart gat. Daarvan zijn er in het universum – doorgaans in het hart van sterrenstelsels – talloze te vinden en sommige zijn zelfs miljarden zonsmassa’s zwaar! Al langer wordt vermoed dat er naast deze kleine en superzware zwarte gaten ook zwarte gaten zijn die honderd tot 100.000 keer zwaarder zijn dan onze zon; een soort middelmaat zwart gat dus. Het is echter vrij lastig gebleken om daar overtuigend bewijs voor te vinden.
Eerder onderzoek
Het is niet voor het eerst dat onderzoekers op een kandidaat-middelzwaar zwart gat stuiten. In 2009 en 2020 wees ruimtetelescoop Hubble ons al op twee kandidaten – respectievelijk aangeduid als HLX-1 en 3XMM J215022.4-055108. Beide kandidaten houden zich op aan de randen van andere sterrenstelsels en vermoed wordt dat ze ooit in het centrum van dwergstelsels resideerden. Maar ook dichter bij huis zijn kandidaat-middelzware zwarte gaten ontdekt. Bijvoorbeeld in de grootste bolvormige sterrenhoop die onze Melkweg rijk is: Omega Centauri. Maar voor al deze kandidaten geldt dat het onderzoekers – onder meer door een gebrek aan data – nog niet gelukt is om het bestaan ervan daadwerkelijk te bevestigen.
Nieuwe zoektocht
Reden genoeg voor onderzoekers om met behulp van Hubble opnieuw op jacht te gaan naar een middelzwaar zwart gat. En dit keer richtten ze daartoe het vizier op Messier 4. “Je kunt dit soort onderzoek niet doen zonder Hubble,” merkt onderzoeker Eduardo Vitral op. De ruimtetelescoop gaat al een tijdje mee en heeft Messier 4 al geruime tijd geobserveerd; de onderzoekers konden dan ook putten uit zo’n 12 jaar(!) aan data.
Onzichtbaar
Daarbij moet worden opgemerkt dat het zoeken naar een zwart gat niet eenvoudig is. Want aan de greep van een zwart gat kan niets – zelfs geen licht – ontsnappen. Hierdoor zijn zwarte gaten volslagen donker en in feite dus onzichtbaar. Maar onderzoekers kunnen het bestaan ervan afleiden uit de invloed die het zwarte gat – met zijn enorme zwaartekracht – op omringende sterren heeft. Dat vereist echter dat je de bewegingen van die sterren heel precies in kaart brengt en die sterren dus ook gedurende langere tijd observeert. Vandaar dat het ook zo waardevol is dat Hubble al geruime tijd naar M4 gekeken heeft. Daarnaast deden de onderzoekers echter ook een beroep op ruimtetelescoop Gaia. Deze is in 2013 gelanceerd en ontworpen om de positie en beweging van sterren in kaart te brengen.
40 opgepropte zwarte gaten?
Samen leveren de ruimtetelescopen vrij overtuigend bewijs dat in M4 een middelzwaar zwart gat verstopt zit. “We hebben er vertrouwen in dat we een heel klein gebied met een grote geconcentreerde massa hebben gevonden,” stelt Vitral. Andere verklaringen voor zo’n grote geconcentreerde massa in zo’n kleine ruimte – zoals een verzameling zwarte gaten, neutronensterren en witte dwergen – houden geen stand. “Die zijn niet in staat om zo’n compacte massa te vormen.” Om even een beeld te geven: als de geconcentreerde massa niet één middelzwaar zwart gat, maar 40 kleine zwarte gaten zouden zijn, zouden die 40 zwarte gaten opgepropt moeten zitten in een ruimte die slechts 1 lichtjaar breed is. Dat is een onhoudbare situatie, omdat de zwarte gaten dan gedoemd zijn om samen te smelten of elkaar met hun zwaartekracht zodanig te beïnvloeden dat ze weg worden geslingerd.
Slag om de arm
Hoewel de onderzoekers naar eigen zeggen in M4 op het meest overtuigende bewijs voor het bestaan van middelzware zwarte gaten zijn gestuit, houden ze toch een kleine slag om de arm. “Hoewel we niet helemaal kunnen bevestigen dat het een centraal zwaartekrachtspunt is, kunnen we wel laten zien dat het heel klein is. Het is te klein om door iets anders te verklaren dan één zwart gat. Maar het is mogelijk dat hier een ander stellair mechanisme speelt waar we simpelweg nog niets van weten.”
De aanwijzingen zijn dus sterk. Maar hard bewijs laat nog even op zich wachten. “In de wetenschap worden nieuwe dingen zelden in één moment ontdekt,” benadrukt onderzoeker Timo Prusti. “Het gaat erom dat je stap voor stap zekerder wordt van je conclusie. En dit (deze ontdekking, red.) kan ons een stap dichterbij brengen bij de conclusie dat middelzware zwarte gaten bestaan.” Meer observaties – van Hubble, maar ook van de James Webb Space Telescoop en Gaia – lijken voor nu een logische vervolgstap.
