Waarom spuwt een zwart gat materie?

In 1918 zag de Amerikaanse astronoom Heber Curtis dat de nevel Messier 87 (M87) een merkwaardig staartje had. Hij noemde het een ‘vreemde rechte straal die blijkbaar met een dunne lijn van materie verbonden is met de kern van M87’. Het was voor hem onmogelijk te bevroeden wat hij zag, namelijk een duizenden lichtjaren lange pluim van materie, de ruimte ingeslingerd door het centrale zwarte gat van M87 met praktisch de lichtsnelheid. Een zwart gat was nog slechts een theoretisch concept (de meeste astronomen gingen er vanuit dat ze niet echt bestonden) en zelfs het idee dat M87 een ander sterrenstelsel buiten de Melkweg is, was geen gemeengoed.

Inmiddels weten we beter: zwarte gaten bestaan. Zo pronkt het exemplaar van M87 op de eerste foto van een zwart gat die astronomen in 2019 toonden: daarop zien we een ring van materie en licht dat als een razende om het zwarte gat draait. Nu is het astronomen na een langdurige (her)analyse gelukt uit diezelfde metingen de trillingsrichting van het licht te halen, ofwel de polarisatie. Die vormt op zijn beurt een kaart die aangeeft hoe de krachtige magneetvelden rondom het zwarte gat lopen. Volgens veel astronomen zijn die velden het aandrijfmechanisme van de ‘vreemde straal’ die Curtis een eeuw geleden zag.

De nieuwe analyse moet inzicht geven in de magnetische mechanismen die deze krachtige stroom veroorzaken. NEMO Kennislink vraagt de betrokken astronoom Monika Mościbrodzka van de Radboud Universiteit naar de nieuwe resultaten en hoe het kan dat een zwart gat materie uitspuugt.

Een zwart gat slokt materie en zelfs licht op. Maar tegelijkertijd komt er dus materie vandaan?

“Afhankelijk van hoe materie in de buurt komt van het zwarte gat, komt het grootste deel in een snel draaiende schijf om het zwarte gat terecht. Een groot deel daarvan wordt uiteindelijk opgegeten door het zwarte gat, maar een ander deel wordt via twee sterke straalstromen de ruimte in geslingerd. Het zwarte gat stoot maximaal tien procent van de aangetrokken materie weer af.”

Jullie brengen nu de magneetvelden in kaart, kun je daarmee verklaren hoe de straalstromen ontstaan?

“De theorieën die het best te testen zijn, gaan er vanuit dat sterke magneetvelden rondom het zwarte gat de geladen deeltjes in de straalstromen aandrijven. De magneetvelden laten een spoor achter in het licht dat we van het zwarte gat ontvangen: het licht wordt gepolariseerd.”

“Om de theorie te testen hebben we met de computer 72 duizend verschillende plaatjes gemaakt van hoe die polarisatie eruit kan zien. Uiteindelijk bleken er maar 73 van die plaatjes in overeenstemming te zijn met de observaties. Dat is goed nieuws, want dat betekent dat we de theorie flink kunnen verfijnen.”

De foto lijkt nog niet reuzenscherp, kunnen jullie een betere foto maken?

“Ja, we kunnen de resolutie verbeteren. Zeker als we met de Event Horizon Telescope waarnemingen doen op een iets hogere frequentie. We kijken nu naar signalen van 230 gigahertz en we hopen naar 345 gigahertz te gaan, tijdens metingen komende april. Het beeld dat daaruit komt, is in theorie zo’n veertig procent scherper. Een probleem is echter dat bij die hogere frequentie de weersomstandigheden bij de telescopen een grotere invloed hebben op de metingen. Het liefst moet het op al die plekken mooi weer zijn, dat geluk hadden we in 2017 toen we de eerste metingen deden.”

“In 2019 vroegen mensen ons ook waarom de foto zo onscherp is, toch is dit wat betreft de details die we op een afstand van zo’n 55 miljoen lichtjaar nog kunnen zien de scherpste foto die ooit is gemaakt.”

Jullie werken ook aan een foto van ‘ons’ zwart gat Sagittarius A*, in het hart van de Melkweg. Hoe gaat het daarmee?

“Ons zwart gat!? Ik geloof niet dat we het bezitten, haha. Maar inderdaad, daar werken we aan. Het lastige is dat het zich in het galactische centrum bevindt, het is voor ons moeilijk te zien, omdat we dwars door de schijf van de Melkweg heen moeten kijken. Daarin zit geladen plasma dat radiogolven verstoort.”

“Het is een beetje alsof je in het water staat en naar je voeten kijkt: het water vervormt het beeld. Dat gebeurt ook met de radiogolven die we van Sagittarius A* proberen te ontvangen. We werken er continu aan, hopelijk kunnen we snel wat laten zien.”

Heeft Sagittarius A* een straalstroom?

“Dat weten we niet. Wat we wel weten is dat het zwarte gat niet erg actief is, het is erg ondervoed wat betreft materie die erin kan vallen. Wel is Sagittarius A* een sterke bron van gepolariseerde straling, dus ook hier kunnen we uiteindelijk wellicht een magnetische kaart van maken.”