Er bevinden zich naar schatting zo’n 100 miljoen zwarte gaten in ons Melkwegstelsel. Toch is het wetenschappers nog nooit gelukt om een geïsoleerd zwart gat te identificeren. Tot nu waarschijnlijk. Ruimtetelescoop Hubble heeft voor het eerst ooit mogelijk bewijs geleverd van een solitair zwart gat.

De telescoop had zes jaar nodig om de exacte massa te meten van het zwarte gat. Tot nu toe is de massa altijd statistisch afgeleid uit interacties met een dubbelstersysteem of gemeten in de kern van sterrenstelsels. Dit zwarte gat wordt niet vergezeld door een dubbelster, wat de nieuwste ontdekking zo bijzonder maakt.

Het onlangs waargenomen zwarte gat bevindt zich op circa 5000 lichtjaar van de aarde in de Sagittariusarm, een van de vier grote spiraalarmen van het Melkwegstelsel. Op basis hiervan vermoeden wetenschappers dat het dichtstbijzijnde zwarte gat mogelijk maar tachtig lichtjaar van ons is verwijderd.

Kanonskogel
Zwervende zwarte gaten in ons Melkwegstelsel worden geboren uit zeldzaam grote sterren die minstens twintig keer meer massa hebben dan onze zon. Deze sterren exploderen als supernova’s en de overgebleven kern wordt door de zwaartekracht ineengedrukt tot een zwart gat. Omdat de explosie niet perfect symmetrisch is, kan het zwarte gat als een kanonskogel door onze Melkweg worden afgeschoten.

Telescopen kunnen zo’n onberekenbaar zwart gat niet vastleggen, omdat het geen licht uitzendt. Wat het wel doet, is de ruimte enigszins vervormen en het licht verbuigen en versterken van alles wat zich op dat moment precies achter het zwarte gat bevindt. Telescopen op aarde proberen daarom een plotse oplichting van een van de miljoenen sterren te ontdekken wanneer een massief object tussen ons en de ster passeert. De Hubble kijkt dan naar de interessantste gevallen.

Twee onderzoeksteams, de ene onder leiding van Kailash Sahu van het Space Telescope Science Institute in Baltimore en de andere onder leiding van Casey Lam van de universiteit van California, Berkeley, gebruikten de betreffende data van de Hubble. Hoewel de resultaten iets verschillen, stellen beide teams de aanwezigheid van een compact object vast. Dat doen ze door gebruik te maken van een techniek die gravitationele microlensing heet: met een microzwaartekrachtlens kan worden waargenomen dat het zwaartekrachtveld van een ster het licht afbuigt en versterkt van een verder gelegen ster. De techniek wordt ook gebruikt om exoplaneten te ontdekken.

Multiple observations showing the brightening of a star over time.

Meerdere waarnemingen achter elkaar tonen hoe de helderheid van een ster verandert in de tijd. Bron: NASA

Neutronenster
Bij het huidige zwarte gat duurde de activiteit meer dan tweehonderd dagen langer dan normaal door de zeer sterke zwaartekracht van het gat. De Hubble stelde vast dat het beeld van de ster een milliboogseconde (de boogseconde is een eenheid om de grootte van een hoek aan te geven) was verschoven vergeleken met de verwachte locatie. Volgens schattingen van het team van Sahu weegt het zwarte gat zeven keer zoveel als de zon. Lam komt echter tot een minder grote massa van 1,6 tot 4,4 keer de zon. Daarmee zou het ook nog een neutronenster kunnen zijn.

“Hoe graag we ook willen concluderen dat het echt een zwart gat is, we moeten alle mogelijke verklaringen rapporteren. Het kan ook een zwart gat zijn met een lagere massa en mogelijk zelfs een neutronenster”, zegt Jessica Lu van het Berkeley-team in het persbericht over de vondst. “Wat het ook is, dit is het eerste donkere stellaire overblijfsel dat we hebben ontdekt, dat door de Melkweg zwerft, zonder dat het vergezeld wordt door een andere ster”, voegt Lam eraan toe.

Black hole illustration

Hubble meet de afbuiging van het licht van een ster door een zwart gat. Bron: NASA.

Zes jaar onderzoek
Naar schatting schiet het zwarte gat met 160.000 kilometer per uur door ons sterrenstelsel. Het zou dus in minder dan drie uur van de aarde naar de maan kunnen reizen. Dat is sneller dan de meeste naburige sterren. De Hubble legde jarenlang vast hoe het licht van de achterliggende ster werd afgebogen terwijl het zwarte gat langs vloog om tot de exacte metingen te komen. In totaal werd het licht van de ster over een periode van 270 dagen versterkt door het zwarte gat.

Al sinds de jaren zeventig weten we dat er stellaire zwarte gaten bestaan, maar tot nu toe waren er alleen waarnemingen in dubbelstersystemen. De huidige ontdekking van het geïsoleerde zwarte gat is zeer nuttig. “De vondst van een solitair zwart gat verschaft nieuwe inzichten in de populatie van deze objecten in onze Melkweg”, zegt Sahu. Hij neemt aan dat er meer geïsoleerde zwarte gaten worden gevonden, al is het lastig zoeken. De verwachting is dat slechts een op de paar honderd waarnemingen met de microlensing-techniek uit geïsoleerde zwarte gaten zal bestaan.