Het wemelt van zwarte gaten in het centrum van de Melkweg

Vergeleken met het centrum van de melkweg leven we in een slaperige buitenwijk van ons sterrenstelsel. Waar er in een straal van zo’n vier lichtjaar om onze zon geen enkele andere ster te bekennen is, vermoeden wetenschappers dat er zich in een even grote ruimte rondom het centrale zwarte gat Sagittarius A* maar liefst een miljoen sterren en tienduizenden zwarte gaten bevinden.

Die zwarte gaten zijn nog nooit gezien, maar wetenschappers maken nu een veelbelovend begin met metingen van röntgentelescoop Chandra. Ze bestudeerden gegevens die de in 1999 gelanceerde telescoop over een periode van twaalf jaar verzamelde en concluderen dat er twaalf relatief kleine zwarte gaten om Sagittarius A* draaien.

De zwarte gaten zijn vermoedelijk overblijfselen van zware sterren die ‘instortten’ nadat ze door hun brandstof heen waren. De astronomen publiceren hun bevindingen deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Lange adem

Het Melkwegcentrum heeft altijd al veel bekijks gehad van astronomen. Alsof het superzware zwarte gat Sagittarius A* (massa naar schatting vier miljoen zonsmassa’s, verreweg het zwaarste object in de Melkweg) nog niet genoeg is, moet het er volgens gangbare theorieën wemelen van vele kleinere zwarte gaten, neutronensterren en pulsars. Stuk voor stuk zware en exotische objecten die uit opgebrande sterren ontstaan die nu in een relatief klein gebied om het grote zwarte gat razen. Deze omgeving is een uitstekend ‘laboratorium’ om natuurwetten, zoals de algemene relativiteitstheorie, onder extreme condities te testen.

Toch is het lastig om het centrum te zien: vanwege de afstand (26 duizend lichtjaar) zijn astronomen aangewezen op enorme telescopen, die bovendien worden gehinderd door stof en gas die het zicht op het Melkwegcentrum ontnemen. De oplossing is gebruik maken van bijvoorbeeld radio- en röntgenstraling die dwars door stof en gas heen gaan.

Ruimtetelescoop Chandra draait al bijna twintig jaar om de aarde en is gevoelig voor röntgenstraling. Hiermee is het Melkwegcentrum al vele malen bestudeerd. Wetenschappers van het Amerikaanse Columbia University gebruikten de gecombineerde data van al die metingen (met een totale waarneemtijd van ruim zestien dagen) om een ‘röntgenbeeld’ te vormen van het drukbevolkte gebied. Ze vonden op een afstand van ongeveer 0,7 tot 3,2 lichtjaar van Sagittarius A* 26 röntgenbronnen. Makkelijk was dat niet, omdat er per bron hooguit een paar honderd röntgenfotonen te detecteren waren. Twaalf van die röntgenbronnen zouden zwarte gaten zijn.

Zwart gat of iets anders?

Maar eerst even terug. Waarom kun je die zwarte gaten überhaupt detecteren? Zegt de naam niet dat een zwart gat op geen enkele manier zichtbaar is, dat de aantrekkingskracht zo groot is dat alles – zelfs licht – erdoor verzwolgen wordt? Dat klopt, maar in de buurt van een zwart gat ontstaat juist een intense straling wanneer gas- en stofwolken door de aantrekking versnellen, worden samengedrukt en verhit.

“Deze zwart gaten zijn niet zo helder als Sagittarius A*, waar ze omheen draaien, maar wel net te detecteren”, zegt Jordy Davelaar, promovendus aan de Radboud Universiteit, die zelf onderzoek doet aan zwarte gaten en niet bij dit onderzoek betrokken was. “Sagittarius A* is echt niet te missen. Om deze veel kleinere zwarte gaten te kunnen detecteren, moest Chandra jarenlang meten en zo genoeg lichtdeeltjes te verzamelen.”

Davelaar vindt het een spectaculaire ontdekking. Hij laat weten dat er in die omgeving naar verwachting nog veel meer exotische objecten rondhangen, zoals neutronensterren of pulsars, die óók röntgenstraling uitzenden. Toch konden de onderzoekers met redelijke zekerheid bepalen dat het om zwarte gaten gaat. “Het spectrum ofwel de energieverdeling van de lichtdeeltjes vertelt je veel over het object”, zegt Davelaar. “Ook de variatie in intensiteit door de tijd heen is wat je verwacht van een klein zwart gat.”