Een internationaal team van onderzoekers lijkt er nu uit te zijn: het heeft alles te maken met het feit dat onze telescopen een bias hebben ten nadele van deze zware zwarte gaten.

Het is 2015 als speciaal daarvoor ontwikkelde detectoren op aarde voor het eerst een zwaartekrachtsgolf waarnemen. Naast de grote vreugde dat het eindelijk gelukt is om de reeds door Einstein voorspelde zwaartekrachtsgolven daadwerkelijk te detecteren, overheerst bij sterrenkundigen ook de verbazing. De golf blijkt namelijk gecreëerd te zijn tijdens een botsing tussen twee zwarte gaten die behoren tot een type waarvan we tot op dat moment niet wisten dat het bestond. Beide zwarte gaten kunnen met een gewicht van enkele tientallen zonsmassa’s namelijk gerekend worden tot zware zwarte gaten. En die hadden astronomen met hun conventionele telescopen nog nooit waargenomen (zie kader).

Zwarte gaten ontstaan wanneer sterren op explosieve wijze aan hun einde komen. Ze zijn vrij compact, maar hebben een immense zwaartekracht. Hierdoor kan niets aan de greep van een zwart gat ontsnappen. Zelfs licht niet. Het betekent dat we zwarte gaten dus ook niet kunnen zien. Maar conventionele telescopen kunnen zwarte gaten wel indirect waarnemen, wanneer deze begeleid worden door een ster. Wanneer een zwart gat materie van die ster afsnoept, komt er namelijk elektromagnetische straling vrij, die verraadt dat zich nabij de ster een zwart gat bevindt. Aan de hand van de baan van de begeleidende ster kan vervolgens ook de massa van dat zwarte gat worden vastgesteld. Op deze wijze hadden onderzoekers voorafgaand aan 2015 al behoorlijk wat lichte zwarte gaten gespot. Maar nog nooit was een zwaar zwart gat – waarvan de zwaartekrachtsgolven getuigden – waargenomen. En anno 2021 is daar nog geen verandering in gekomen; hoewel we inmiddels al behoorlijk wat zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door toedoen van deze zware zwarte gaten hebben opgevangen, staat de teller van het aantal met conventionele telescopen waargenomen zware zwarte gaten nog altijd op nul.

Bias
Hoe is dat mogelijk? Een internationaal team van onderzoekers – onder leiding van de Nederlandse astronoom Peter Jonker – denkt er nu uit te zijn. Volgens hen hebben conventionele telescopen een bias ten nadele van zware zwart gaten. In andere woorden: onze telescopen hebben een blinde vlek. En de zware zwarte gaten zitten daar middenin.

Stoffig
Ook zware zwarte gaten zijn middels hun begeleidende ster waar te nemen, zo stellen Jonker en collega’s in het blad The Astrophysical Journal. Alleen de omstandigheden werken onze telescopen tegen. De zware zwarte gaten zouden namelijk ontstaan uit sterren die imploderen in plaats van exploderen. Het resultaat is dat de resulterende zware zwarte gaten in het vlak van de Melkweg zitten, waar ze omhuld worden door stof. Lichtere zwarte gaten – die onze telescopen wel al hebben waargenomen – ontstaan daarentegen uit een ster-explosie waarbij ze direct uit het Melkwegvlak worden geslingerd en niet langer door stof aan het oog onttrokken worden.

Begeleider is te ver weg
Maar de stoffige omgeving waarin zware zwarte gaten zitten, is niet de enige reden dat onze telescopen deze zware zwarte gaten niet kunnen waarnemen. Jonker en collega’s stellen namelijk dat de voorlopers van zware zwarte gaten ook nog eens heel groot zijn, waardoor de begeleidende ster per definitie wat verder weg staat. Wanneer die voorloper implodeert, blijft de afstand tot de begeleider onverminderd groot en is het voor het resulterende zware zwarte gat veel lastiger om materie van die begeleidende ster af te snoepen. En daarmee is het voor onze telescopen – die ook zware zwarte gaten alleen kunnen zien op het moment dat deze ‘eten’ – nóg lastiger om ze te vinden.

Hier zie je wat de verschillende detectoren en telescopen tot op heden hebben gevonden. Wat opvalt, is dat via zwaartekrachtsgolven al tientallen zware zwarte gaten zijn ontdekt. Daarbij moet worden opgemerkt dat je wel kunt stellen dat zwaartekrachtsgolfdetectoren een bias ten voordele van zware zwarte gaten hebben, omdat deze zwarte gaten wanneer ze op elkaar klappen sterkere golven produceren dan bijvoorbeeld lichte zwarte gaten. De afbeelding maakt ook zichtbaar dat telescopen die jagen op elektromagnetische straling tot op heden alleen lichte zwarte gaten (onder de 20 zonsmassa’s) hebben gespot.

De redenering van Jonker en collega’s doet vermoeden dat we kansloos zijn en zware zwarte gaten nooit kunnen waarnemen. Maar dat is niet zo. Volgende maand wordt namelijk de James Webb Space Telescope gelanceerd. Deze infraroodtelescoop kan dwars door het stof in de Melkwegschijf kijken en zou – als de redenering van Jonker en collega’s klopt – dus aanzienlijk meer kans moeten hebben om een zwaar zwart gat te spotten.