Nijmeegs hoogleraar Heino Falcke kreeg dit jaar een Spinozaprijs van 2,5 miljoen euro voor zijn onderzoek naar zwarte gaten. Maandag 7 november gaf hij voor een bomvolle zaal in de bètafaculteit van de Radboud Universiteit een presentatie over zijn onderzoek.
Onvoorstelbaar veel massa
Falcke begint te vertellen over de jaren ’60. Sterrenkundigen ontdekken aan de hemel kleine bronnen van zeer sterke radiostraling, zogenoemde quasars (quasi-stellar radio sources). In eerste instantie weet niemand hoe het kan dat er zo veel straling in zo’n klein gebied ontstaat.
Pas begin jaren ’80 komen wetenschappers met de mogelijke oplossing: super zware zwarte gaten. Met massa’s rond de 100 miljoen keer de massa van de zon zouden zij verantwoordelijk kunnen zijn voor de intense straling die wordt gemeten in quasars. Om dat te begrijpen moeten we eerst even in de schoolbanken bij Albert Einstein.
Deuk in de ruimtetijd
Einstein onthulde in zijn algemene relativiteitstheorie uit 1916 dat zware objecten de ‘ruimtetijd’ vervormen waardoor alle andere objecten met massa worden beïnvloed. Hij stelde zich dat voor als een ‘deuk’ in de normaal gesproken vlakke ruimtetijd-structuur. Alle materie in de buurt wordt beïnvloed door deze ruimtetijd-deuk. Iets wat we ervaren als zwaartekracht.
Een zwart gat maar ook lichtere objecten zoals een planeet vervormen de ‘ruimtetijd’. Andere objecten met massa (bijvoorbeeld de maan en wijzelf) worden door deze vervorming beïnvloed.
Credit: Johnstone, Wikipedia
Als een rollende knikker
Extreem zware zwarte gaten vervormen de ruimtetijd ook, alleen is de vervorming hier sterker dan waar ook in het universum. Materie en zelfs licht die normaal gesproken langs het zwarte gat zouden reizen vallen plots in deze ‘diepe deuk’ om er nooit meer uit te komen.
Net als een knikker die een kegel inrolt kan materie bij een zwart gat, bijvoorbeeld waterstofgas afkomstig uit een nevel, heel lang rondom zo’n zwart gat blijven cirkelen voordat het er definitief invalt. Daarbij geldt dat hoe kleiner de baan rondom het zwarte gat wordt hoe sneller de materie cirkelt. Bij een zwart gat benadert materie aan de binnenkant zelfs de lichtsnelheid.
Je kunt je voorstellen dat zo’n gewelddadige gebeurtenis nogal wat doet met het gas. Ten eerste moet het beangstigend zijn om in een zwart gat te vallen, maar ten tweede warmt het gas op. Uiteindelijk gaat het daarom stralen. En dat brengt ons bij de sterke radiobronnen die in de jaren ’60 werden ontdekt. De straling die we meten kan afkomstig zijn van materie die met (bijna) de lichtsnelheid rondom een zwart gat raast.
De Rosettenevel is een wolk onder andere waterstofgas in de Melkweg. Als dit gas door een zwart gat ‘opgegeten’ zou worden, zendt het net voordat het verslonden wordt een sterke straling uit.
Credit: T.A. Rector, B. Wolpa, M. Hanna (AURA/NOAO/NSF)
Dicht bij huis
Nu willen wetenschappers dat natuurlijk met eigen ogen zien. En daar hoeven ze niet eens zo ver voor de kosmos in te turen. Er zit een zwart gat in ons eigen Melkwegstelsel. Althans, dat vermoeden we. Sagittarius A* is de naam en hij zou zich op een afstand van 26.000 lichtjaar van ons schuilhouden, precies in het hart van de Melkweg.
Bewijzen voor Sagittarius A*
Een zwart gat kun je nooit direct zien, licht zal er alleen maar in verdwijnen. Maar ondanks dat zijn er sterke aanwijzingen voor zo’n superzwaar zwart gat in onze eigen kosmische achtertuin. Falcke legt uit dat er een compacte radiobron waar te nemen is in het hart van de Melkweg. Bovendien komt het spectrum van deze bron overeen met verre quasars waar men het bestaan van zwarte gaten ook vermoedt.
Astronomen besloten in de jaren ’90 nog een test te doen. Ze hielden de bewegingen van de sterren in de regio van Sagitarrius in de gaten. En wat bleek? Ze bewogen zich met enorme snelheden door sterk gebogen banen. Een uitstekende verklaring daarvoor kan de aanwezigheid van een extreem zwaar object zijn, van in dit geval zo’n 4 miljoen zonsmassa’s. En dat is de typische massa van een zwart gat.
Sterren in een klein gebied in het hart van de Melkweg bewegen zich raar. Ze hebben een hoge snelheid en bovendien sterk gekromde banen. De verklaring hiervoor kan een (vooralsnog onzichtbaar) zwart gat zijn.
Credit: VLT
Sagittarius recht in de ogen kijken
Falcke vertelt dat hij nu gaat proberen het zwarte gat veel directer zichtbaar te maken. Als je naar de hoog frequente straling uit dat gebied gaat kijken zou je een zwarte cirkel moeten kunnen observeren. Die ontstaat omdat het zwarte gat die straling uit de omringende nevel opslokt.
Sagittarius zichtbaar maken is wat Falcke de komende jaren gaat proberen met ALMA (Atacama Large Millimeter Array), een enorme radiotelescoop die momenteel op een hoogvlakte in Chili wordt gebouwd.
Op hoogte van meer dan 5000 meter worden in Chili 66 radioschotels neergezet die samen ALMA (Atacama Large Millimeter Array) gaan vormen. Falcke gaat deze telescoop gebruiken om het vermeende zwarte gat in het hart van ons Melkwegstelsel zichtbaar te maken.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / L. Calçada (ESO)
Door deze grote telescoop op het tot nu toe voor ons verscholen hart van het Melkwegstelsel te richten zouden we het zwarte monster dat daar wellicht huist recht in de ogen moeten kunnen kijken.
Roel van der Heijden 