Je verwacht het misschien niet, maar bijna elk sterrenstelsel heeft wel een zwart gat in het centrum. Ook de Melkweg heeft een zwart gat. Deze heet Sagittarius A en is wel 4 miljoen keer zo zwaar als de zon. Deze zogenoemde superzware zwarte gaten zijn in bijna elk sterrenstelsel wel te vinden. Sterrenstelsels zonder een zwart gat zijn daarom best speciaal.

Sagittarius A

Dit superzware zwarte gat bevindt zich in het centrum van de Melkweg. Dit object ligt 25.800 lichtjaar van ons vandaan. Door zijn grote massa heeft het zwarte gat een diameter van 12,5 lichtuur. Dit betekent dat het 12,5 uur duurt om van de ene kant naar de andere kant van het zwart gat te komen… als je met de snelheid van het licht zou reizen.

In 1974 werd het zware object in het midden van ons sterrenstelsel ontdekt door Bruce Balick en Robert L. Brown. Dit deden ze door te kijken naar radiostraling. Ze zagen een compacte bron die veel radiostraling uitzond. Het zwarte gat is echter niet het enige object in het centrum dat radiogolven uitzendt. Daarom is de echte naam Sagittarius A*/Sgr A* om de bronnen te onderscheiden van elkaar.

Een foto van het centrum van het melkwegstelsel met Sagittarius A*. Het centrum is duidelijk te onderscheiden aan de extra helderheid van de omgeving bij Sgr A*.
Een foto van het centrum van het melkwegstelsel met Sagittarius A*. Het centrum is duidelijk te onderscheiden aan de extra helderheid van de omgeving bij Sgr A*.

Geschiedenis van sterrenstelsels zonder zwart gat

De afgelopen tientallen jaren is het bijna wet geworden dat alle sterrenstelsels wel zwarte gaten in hun centrum hebben. Hoe groter het sterrenstelsel, hoe meer zonnen het zwarte gat in het centrum als diner heeft gegeten.

Het was daarom een grote verassing toen Marc Postman een gigantisch sterrenstelsel observeerden zonder zwart gat in zijn kern. Normaal is het centrum een grote stad waar veel sterren voor licht zorgen. Het door Marc Postman waargenomen stelsel was juist het tegenovergestelde. De stad was pikkedonker terwijl de sterren zich verzamelde op een andere plek.

Hoe weten we dat de meeste sterrenstelsel een zwart gat hebben?

Verschillende sterrenstelsels hebben verschillende eigenschappen. Ze hebben verschillende vormen, zijn niet allemaal even groot, en de ene is ouder dan de andere. Daarnaast zenden ze allemaal een ander soort straling uit. Sommige zenden radiosignalen uit en andere zenden röntgenstraling uit vanuit het centrum. Deze straling wijst erop dat er in de kern een zwart gat zit dat actief materie aan het ´opeten´ is.

De waargenomen straling is echter een ander fenomeen dan licht dat niet uit een zwarte gat kan komen. Ver van het gat vandaan draaien gaswolken en sterren. Als deze te dicht bij een zwart gat in de buurt komen, zuigt het zwarte gat deze ernaar toe. Hierdoor worden ze uit elkaar gerukt en tot enorme snelheden gebracht. Deze materie verzamelt zich om het zwarte gat in een zogenoemde ´accretion disk´. Hier wordt de materie nog warmer en straalt het de waargenomen radio- of röntgenstraling uit. Uiteindelijk valt de meeste materie in het zwarte gat waardoor deze weer zwaarder wordt.

Een deep sky foto door NASA’s Chandra’s X-ray. Elk punt is een etend zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel. Credit: NASA
Een deep sky foto door NASA’s Chandra’s X-ray. Elk punt is een etend zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel. Credit: NASA

Grote massa´s van zwarte gaten

In 2017 maakte NASA’s Chandra’s X-ray telescoop de bovenstaande foto uit 7 miljoen seconden aan data. Deze enorme objecten zijn meestal nog vele malen zwaarder als het zwarte gat in ons sterrenstelsel. Sagittarius A* is in vergelijking met andere superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsel een hele kleine. Het dichtstbijzijnde sterrenstelsel Andromeda is ongeveer 2 keer zo zwaar als de Melkweg maar heeft een superzwaar zwart gat dat wel 80-100 miljoen keer zo zwaar is als de Zon. Veel andere sterrenstelsels hebben zelfs zwarte gaten die miljarden of biljoenen keer zo zwaar zijn als de Zon.

En dit zijn dan alleen nog maar de superzware gaten die we kunnen waarnemen. De meeste zijn niet actief en zenden geen straling uit. We kunnen deze dus niet observeren. Neem sterrenstelsel NGC 1277 bijvoorbeeld. Het zwarte gat is zijn centrum is groot genoeg om direct waar te kunnen nemen. Door de inactiviteit is het echter niet mogelijk om dit sterrenstelsel direct waar te nemen.

Verder zorgt de vorming van een sterrenstelsel voor het perfecte klimaat voor de vorming van een superzwaar zwart gat. In het begin vormen er veel zware sterren. Een aantal zullen al snel exploderen in een supernova en instorten tot een zwart gat. In het centrum zullen deze elkaar treffen en samensmelten tot een steeds groter zwart gat. Hoe kan het dan dat er sterrenstelsels zonder zwart gat bestaan?

Hoe bestaan er sterrenstelsels zonder zwart gat?

Zoals eerder besproken worden bij de vorming van sterrenstelsel zaadjes geplant om superzware zwarte gaten te laten ontstaan. Wanneer er niks in het sterrenstelsel gebeurt is het bijna niet anders mogelijk dan dat deze uitgroeien tot superzware zwarte gaten. Toch zijn er sterrenstelsels zonder zwart gat in hun centrum.

Misschien worden deze zware objecten door een ander object uit het stelsel geschoten. Bij supernova´s komt een enorme kracht vrij. Er is bewijs gevonden dat deze explosies stellaire zwarte gaten uit de Melkweg hebben geschopt. Astronomen hebben echter gevonden dat het uitwerpen van de zware gaten in het centrum van een sterrenstelsel alleen kan met een object dat zwaarder is dan het superzware zwarte gat. Dit komt omdat het enorm veel energie kost om een object dat zo zwaar is in beweging te krijgen.

Botsing schopt zwart gat uit stelsel

Gelukkig is er een andere manier. Neem een ander sterrenstelsel dat tenminste net zo zwaar is als het zwarte gat. Als de twee sterrenstelsels dicht genoeg bij elkaar in de buurt komen, kan de ene het zwarte gat uit het andere stelsel trekken. Dit werd voor het eerst in 2012 waargenomen. Een superzwaar zwart gat dat zich uit zijn gast sterrenstelsel bewoog werd geobserveerd. Deze bewoog met een snelheid van 5 miljoen kilometer per uur. Dit staat gelijk aan 0,5% van de lichtsnelheid.

Een superzwaar zwart gat wordt door hevige zwaartekrachten uit zijn sterrenstelsel CID-42 geslingerd. Credit: NASA
Een superzwaar zwart gat wordt door hevige zwaartekrachten uit zijn sterrenstelsel CID-42 geslingerd. Credit: NASA

Twee sterrenstelsels uitvergroot in zichtbaar licht en röntgenstraling. Het vreemde is dat één van de stelsels veel röntgenstraling uitzendt op een andere plek dan het centrum. Deze bron beweegt met een enorme snelheid in het stelsel. Maar hoe kan dit zwarte gat zo hard worden weggeslingerd?

Waarschijnlijk zijn de twee afzonderlijke superzware zware gaten met elkaar gaan fuseren. Hierbij komt ook een heleboel energie vrij. En deze energie is genoeg geweest om het overgebleven zwarte gat met een hoge snelheid weg te trappen. Toch hoeft dit nog niet te betekenen dat het zwarte gat het sterrenstelsel verlaat. In het sterrenstelsel zit meestal zoveel gewicht, dat dit het gat gewoon weer terug trekt.

Dit hoeft niet altijd zo te zijn.

  • Een zwart gat kan zwaarder zijn dan zijn stelsel waardoor deze toch wel weg komt.
  • Het samengesmolten sterrenstelsel beweegt de andere kant op dan het zwarte gat.

Dit is tevens niet het enige voorbeeld van een losgekoppeld zwart gat. Er zijn meerdere voorbeelden op te noemen. Echter gebeurt het in de praktijk een stuk minder vaak dan in de voorspellingen. Wat wetenschapper echter nog niet hebben gevonden is een superzwaar losgevlogen zwart gat dat in zijn eentje door de ruimte zweeft.

Heeft het Melkwegstelsel wel een superzwaar zwart gat?

Eerder vertelde ik al dat de Melkweg een superzwaar zwart gat in zijn centrum heeft. Echter is er nog een andere, leukere, theorie. Kan dit geen donkere materie zijn? Lees meer over donker materie in Wat is donkere materie en waaruit bestaat het? wat komisch gezien het omgekeerde is van wat ik hier wil vertellen.

In 2014 kwam er een onderzoek naar buiten dat twijfel opleverde voor het bestaan van een zwart gat in het centrum van de Melkweg. Er werd gevonden dat gaswolk G2 wel erg dicht in de buurt van het gat in de kern van ons stelsel kwam. De verwachting was dat G2 zou worden verslonden door het zware object. Dit bleek echter niet het geval te zijn. De gaswolk kwam zonder problemen door de confrontatie heen.

Dit is dan ook de reden dat sommige wetenschapper de vraag op doen of het zwarte gat in het centrum niet gewoon donkere materie is. Donkere materie is onzichtbaar en reageert niet met licht en objecten. Om dit te testen maakte onderzoekers aan de ´International Center for Relativistic Astrophysics´ (ICRA) een simulatie. In deze simulatie werd het zwarte gat vervangen door donkere materie. Dit zorgde ervoor dat G2 kon blijven leven. Daarnaast bracht dit verder geen gevolgen voor de rest van de Melkweg. Alles bleef zich gedragen als dat het doet met een superzwaar zwart gat.

Superzware zwarte gaten zijn nog steeds de meest waarschijnlijke kandidaat. Toch is het leuk om deze nieuwe mogelijkheden te onderzoeken. Alleen op deze manier worden er nieuwe theorieën ontdekt.

Conclusie

Bijna alle sterrenstelsels hebben wel een superzwaar zwart gat. Er zijn echter wel sterrenstelsels zonder zwart gat te vinden. Hiervoor is een harde botsing nodig tussen twee sterrenstelsel. Dan kan de vraag nog worden gesteld of er überhaupt wel zwarte gaten in het centrum van stelsels te vinden zijn. Waarschijnlijk wel hoewel er nu ook andere theorieën om de hoek om komen.