Met behulp van een telescoop zo groot als de aarde moet het enorme zwarte gat in het hart van de Melkweg in beeld worden gebracht.

Al tijden zijn astronomen ervan overtuigd dat in het centrum van ons sterrenstelsel de Melkweg een zwart gat huist dat miljoenen keren zoveel weegt als onze zon. Maar echt gezien hebben we dit zwarte gat, Sagittarius A* genaamd, nog steeds niet. De Event Horizon Telescope moet daar binnenkort verandering in brengen.

Tenminste, soort van. Een zwart gat is en blijft een hemellichaam met zo’n sterk zwaartekrachtsveld dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen. Van het gat zelf valt dus niets te zien, hoe goed je telescoop ook is. Maar eromheen bevindt zich een schijf van materie die het gat in wordt gezogen, en die zou je wél moeten kunnen zien. Bestudeer je vervolgens het midden van die schijf, dan zou je ook de vorm van het gat zelf – de waarnemingshorizon of event horizon – in kaart moeten kunnen brengen.

Dat laatste zal echter niet lukken met een simpele telescoop. Sagittarius A* mag dan wel heel zwaar zijn, met een omvang kleiner dan de baan van Mercurius is het object niet echt groot te noemen. Bedenk daarbij dat het zich tienduizenden lichtjaren hiervandaan bevindt, en je snapt: er is meer voor nodig dan één schotel om er iets van te zien.

Wat wél zou moeten werken: vijftig aan elkaar gekoppelde telescopen, verspreid over de hele wereld, die dankzij de techniek Very Long Baseline Interferometry (VLBI) samen in feite één virtuele telescoop vormen ter grootte van de aarde. En dát is het recept van de Event Horizon Telescope, waar momenteel steeds meer telescopen aan worden toegevoegd, en die dus uiteindelijk in staat zou moeten zijn om Sagittarius A* te ‘zien’.

Daarbij betreft het overigens geen telescopen die kijken naar zichtbaar licht, maar schotels die zich richten op elektromagnetische straling met langere golflengtes, zoals ALMA. De reden: het licht dat onze ogen kunnen zien, komt niet door het vele gas en stof heen dat zich tussen ons en het Melkwegcentrum bevindt. Submillimeter- en millimetergolven hebben daar aanmerkelijk minder moeite mee en zijn dus een stuk geschikter om het Monster in het Hart van de Melkweg mee waar te nemen.

Bron: University of Arizona

Beeld: NASA/CXC/MIT/F.K.Baganoff et al.

Met ruimtetelescoop Hubble zijn Spaanse en Amerikaanse astronomen erin geslaagd directe waarnemingen te doen aan het gebied rond een zwart gat.

Quasars noemen we ze: de schijfvormige regio’s rond superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels. Ze behoren tot de meest lichtkrachtige objecten van ons heelal, maar toch kennen we hun structuur niet tot in detail. Het probleem is namelijk dat hun afmetingen honderden miljarden malen zo klein zijn als de afstanden waarop ze zich bevinden. Oftewel: meer dan een lichtpuntje zien we niet.

Een team van Spaanse en Amerikaanse wetenschappers, werkend met de Hubble Space Telescope, is er nu in geslaagd toch meer te weten te komen over één zo’n quasar. Ze maakten daarbij handig gebruik van het gegeven dat licht tijdens zijn reis door het heelal wordt beïnvloed door de zwaartekracht van de objecten waar het langs komt. In dit geval gaat het erom dat het licht afkomstig van de quasar sterren passeert in een dichterbij gelegen stelsel. Deze sterren werken daarbij als een (gravitatie)lens, waarmee de omgeving van het verre zwarte gat kan worden bestudeerd.

Dankzij deze ‘truc’ weten we nu dat de quasar met het serienummer HE 1104-1805 een middellijn heeft tussen de 3 en de 11 lichtdagen, oftewel tussen de 80 en de 285 miljard kilometer. Daarnaast heeft het team in kaart gebracht hoe de temperatuur van de quasar varieert.

Naast de bovengenoemde quasar werden nog vijf exemplaren bestudeerd. Met de gegevens van drie van die quasars konden eigenschappen van het stof worden bepaald dat zich tussen deze verre objecten en ons in bevindt. De laatste twee onderzochte quasars leverden helaas geen interessante informatie op.

Het wetenschappelijk artikel over het onderzoek wordt gepubliceerd in de 1 december te verschijnen editie van het Astrophysical Journal. De tekst is alvast te lezen op ArXiv.org.

Bronnen: ArXiv.org, Hubble

Beeld: J.A. Muñoz (University of Valencia)/NASA/ESA

Waar is de helft van het heelal gebleven? Dat is een van de vijf kosmische mysteries die we behandelen in het komende nummer van KIJK.

Lang geleden lijkt het heelal ongeveer twee keer zoveel materie te hebben bevat als nu. Waar zijn al die kwijtgeraakte deeltjes dan? Sterrenkundigen denken een eind onderweg te zijn met het beantwoorden van die vraag, maar het zal nog wel even duren voordat we er écht uit zijn.

En dit is lang niet het enige probleem waar de astronomische wereld nog mee worstelt. Onder meer kampt het centrum van de Melkweg met een vreemd gebrek aan sterren en zijn de dichtstbijzijnde sterrenstelsels veel minder chaotisch dan volgens de huidige theorieën zou moeten. Je leest er alles over in KIJK 11/2011, te verschijnen op vrijdag 23 september.

Verder onder meer in dit nummer: een interview met voedingsdeskundige Martijn Katan (bekend van de stelling ‘een broodje kroket is gezonder dan een broodje kaas’), en hoe metamaterialen allerlei sciencefictionachtige toepassingen mogelijk maken.

Houd KIJK.nl de komende paar weken in de gaten voor voorproefjes van deze en andere artikelen!

Beeld: NASA

In het centrum van ons sterrenstelsel bevindt zich een enorme ring van gas en stof. En die blijkt een paar opmerkelijke eigenschappen te hebben.

Hij is 650 lichtjaar groot en tot voor kort hadden we er alleen maar een paar fragmenten van gezien: de enorme ring van koud gas en stof in het hart van de Melkweg, het honderden miljarden sterren tellende spiraalstelsel waar ook de zon deel van uitmaakt. Nu hebben astronomen met het Herschel Space Observatory de hele ring in beeld gebracht. De verrassende conclusie: de ring is zo verwrongen, dat hij vanaf de aarde meer lijkt op het cijfer acht dat op zijn kant ligt, dan op een ellips.

“Waar deze twist vandaan komt, is onduidelijk”, mailt de Italiaanse astronoom Sergio Molinari, eerste auteur van het artikel over de ring in Astrophysical Journal Letters. “Werd hij veroorzaakt door een exploderende supernova in de buurt? Of door interactie met nabije andere sterrenstelsels? We hebben geen idee.”

Daarnaast beweegt de materie in de ring rond het centrum van onze Melkweg, waar zich ook het enorme zwarte gat Sagittarius A* bevindt, dat meer dan 4 miljoen keer zoveel weegt als onze zon. Maar: uit de snelheden van gaswolken in de ring is af te leiden dat dit zwarte gat zich niet netjes in het centrum van de ring bevindt, maar daar vele tientallen lichtjaren vandaan.

Molinari legt uit waarom dat vreemd is. “Sterrenkundigen nemen aan dat het centrum van de Melkweg gemarkeerd wordt door Sagittarius A*. Dus ofwel de ring beweegt niet rond dat centrum, of Sagittarius A* bevindt zich toch niet in het midden van de Melkweg.”

Kortom, op kosmologische schaal mag het centrum van de Melkweg zich dan op een steenworp afstand van de aarde bevinden (lees: minstens 25.000 lichtjaar), maar dat betekent niet dat dit stukje heelal geen geheimen meer voor ons heeft…

Bronnen: Astrophysical Journal Letters, JPL

Beeld: ESA/NASA/JPL-Caltech

Wetenschappers hebben met radiotelescopen verspreid over het zuidelijke halfrond de jets van een supermassief zwart gat onder de loep genomen. En dat leverderde het meest gedetailleerde plaatje op van deze deeltjesstorm tot nu toe.

Ze zijn een mysterieus bijverschijnsel van de vraatzucht van enorme zwarte gaten: jets. Het zijn twee bundels van weggeblazen deeltjes die loodrecht op de materieschijf van een zwart gat staan. Het internationale onderzoeksteam van het TANAMI-project besloot de jets van het centrale zwarte gat van het sterrenstelsel Centaurus A (of NGC 5128) – miljoen keer zwaarder dan de zon – nader in beeld te brengen met behulp van negen radiotelescopen.

Op de linkerfoto zijn de materielobben zichtbaar. Op de rechterfoto wordt er ingezoomd op de twee jets. (Foto: NASA/TANAMI/Müller et al.)

Centaurus A is de sterkste radiobron aan onze nachthemel – het gebied is bijna twintig keer groter dan de volle maan – met ‘lobben’ van materie die bijna een miljoen lichtjaar groot zijn. Daarbinnen bevinden zich de jets. Het nieuwe plaatje (zie hierboven) laat een ingezoomd gebied van 4,2 lichtjaar zien met de kleinste details tot op 15 lichtdagen (ongeveer 400 miljard kilometer).

Hoe de jets van een supermassief zwart gat zoals die van Centaurus A precies ontstaan, is nog altijd een mysterie. Maar door steeds gedetailleerdere plaatjes van zulke jets te maken, hopen sterrenkundigen daar snel verandering in te brengen.

Bronnen: NASA

Beeld: ESO/WFI (optisch); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microstraling); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (röntgenstraling)

Met behulp van een ondergronds observatorium hopen wetenschappers voor het eerst de mysterieuze zwaartekrachtsgolven te kunnen waarnemen, om daarmee de geheimen van zwarte gaten of zelfs de oerknal te kunnen ontsluieren.

Albert Einstein heeft met zijn algemene relativiteitstheorie laten zien dat ze moeten bestaan: zwaartekrachtsgolven. Deze ‘rimpelingen’ ontstaan tijdens gigantische explosies – waarvan de meest prominente de oerknal van 13,7 miljard jaar geleden was – en andere gewelddadige fenomenen (zoals het fuseren van zwarte gaten). Ze reizen met de lichtsnelheid over enorme afstanden door het heelal waarbij ze de zogenoemde ruimtetijd vervormen. Maar tegen de tijd dat ze de aarde bereiken, zijn ze al behoorlijk verzwakt en dus lastig op te pikken. Tenminste, tot nu toe. De nog te bouwen Einsteintelescoop moet daar verandering in brengen.

Het ambitieuze project van het European Gravitational Observatory kost tegen de 1 miljard euro en bestaat uit de bouw van een netwerk van tunnels op 800 meter diepte met een totale lengte van 20 kilometer. Het is niet de eerste zwaartekrachtsgolfdetector (onder andere LIGO en VIRGO gingen hem al voor), maar wel de eerste ondergrondse. En dat is een hele verbetering, want de minste seismische activiteit kan al een verkeerde uitslag op met de apparatuur geven.

Hoe deze detector zou werken? In de bijna volledig vacuüm tunnel worden bij een temperatuur van -150 graden Celsius laserstralen afgeschoten die worden gereflecteerd door een soort spiegels aan elke uiteinde. Wanneer zwaartekrachtsgolven de aarde raken, zullen de deeltjes in de ‘spiegel’ achtereenvolgens uitrekken en krimpen, een gevolg van de kromming van de ruimtetijd. Uit de veranderingen in dit patroon van vervormingen kunnen de sterrenkundigen de bron van de zwaartekrachtsgolven achterhalen.

Niet alleen de bouw is ambitieus, ook de verwachtingen van de sterrenkundigen zijn hooggespannen. “Met zo’n gevoelige detector kunnen we direct zwarte gaten zien en meer leren over de uitdijing van ons universum. Daarnaast kunnen we, als we erg geluk hebben, zelfs signalen oppikken van de oerknal, wat ons zou kunnen helpen te begrijpen wat er vóór die oerknal was”, zegt projectleider B.S. Sathyaprakash van de Cardiff-universiteit.

Maar voorlopig moet er eerst een plek worden gevonden voor de Einsteintelescoop. Een aantal verlaten mijnen in Europa komen daarvoor in aanmerking, maar ook een compleet nieuw te bouwen tunnelstelsel behoort tot de mogelijkheden. De wetenschappers achter het project zullen hun plannen voor de telescoop op een bijeenkomst in Italië volgende maand nader toelichten.

Bronnen: The Telegraph

Beeld: NASA/Goddard Space Flight Center

Als twee zwarte gaten samengaan, wordt de ruimtetijd daaromheen op een ingewikkelde manier gekromd. Wat er precies gebeurt, hebben Amerikaanse en Zuid-Afrikaanse wetenschappers nu gevisualiseerd.

“Ik heb nog nooit meegewerkt aan een paper waarin in feite alles nieuw is.” Veelbelovende woorden van theoretisch natuurkundige Kip Thorne, een van de auteurs van een net in Physical Review Letters gepubliceerd wetenschappelijk artikel. Het onderwerp van deze bepaald niet toegankelijke tekst: Thorne en collega’s hebben met behulp van computersimulaties vastgesteld hoe de ruimtetijd wordt vervormd als twee zwarte gaten samengaan. En daar hoeft het volgens de wetenschappers niet bij te blijven; hun methode is ook toe te passen op allerlei andere astronomische verschijnselen waarbij de zwaartekracht de ruimtetijd door de mangel haalt.

Donuts en tuinsproeiers

Centraal in het artikel staan zogenoemde tendexlijnen en vortexlijnen. Tendexlijnen geven de uitrekkende kracht weer die de gekromde ruimtetijd uitoefent op alles wat zich daarin bevindt, terwijl vortexlijnen een draaing veroorzaken. (Zoals Caltech het uitlegt in een persbericht: “Als het lichaam van een astronaut zich langs een vortexlijn bevindt, wordt het als een natte handdoek uitgewrongen.”) Plekken waar veel tendexlijnen bij elkaar komen, worden tendexes genoemd, terwijl de locaties waar vortexlijnen geconcentreerd zijn vortexes heten.

Gebruikmakend van deze concepten, blijkt dat de ruimtetijd rond twee zwarte gaten die frontaal op elkaar botsen een donutvormige structuur krijgt (zie het plaatje boven dit bericht, links). Maken de zwarte gaten daarentegen een spiraalbeweging naar elkaar toe, dan heeft het patroon meer weg van water dat uit een ronddraaiende tuinsproeier komt (rechts).

Gelanceerd gat

De nieuwe methode heeft in elk geval al één sterrenkundig probleem opgelost. Uit simulaties bleek in 2007 namelijk dat er bij het samengaan van zwarte gaten een stoot zwaartekrachtsgolven kan ontstaan die maar één kant op gaat. Het blijkt nu dat aan deze kant de vortexes en tendexes elkaar versterken, terwijl ze elkaar aan de andere kant uitdoven. Gevolg van dit verschijnsel is overigens dat het gecombineerde zwarte gat door het uitzenden van zwaartekrachtsgolven in één richting een ‘terugslag’ krijgt, die zo sterk kan zijn dat het gat wordt gelanceerd uit het sterrenstelsel waar het zich in bevindt.

Verder kan de vortexes-en-tendexes-aanpak experimenten als VIRGO en LIGO, die zoeken naar zwaartekrachtsgolven, vertellen wat voor waarnemingen ze precies mogen verwachten. Daarnaast is de methode toe te passen op allerlei andere sterrenkundige gebeurtenissen waarbij de ruimtetijd wordt vervormd. Niet zo vreemd dus dat de verantwoordelijke onderzoekers nu al druk bezig zijn met een hele rits vervolgartikelen over hetzelfde onderwerp. “Vortex- en tendexlijnen worden een standaardgereedschap voor alles wat met de algemene relativiteitstheorie te maken heeft”, meent Geoffrey Lovelace zelfs, een van de auteurs van het Physical Review Letters-artikel.

Bronnen: Caltech, ArXiv.org, Physical Review Letters

Beeld: The Caltech/Cornell SXS Collaboration

In het vroege heelal konden zware zwarte gaten ontstaan in het binnenste van zogenoemde quasisterren, zegt een team van Britse astronomen op basis van computersimulaties.

Daarmee ondersteunen deze wetenschappers een van de mogelijke oplossingen voor een probleem waar sterrenkundigen al jaren mee worstelen: het feit dat er een miljard jaar na de oerknal al superzware zwarte gaten bestonden, die pak ‘em beet een miljard keer zoveel wogen als onze zon. Volgens de huidige theorieën kost het namelijk veel meer tijd dan een miljard jaar om zo’n zwaar zwart gat te ‘maken’, wat hun aanwezigheid in een zo jong heelal op het eerste gezicht onmogelijk maakt.

Een oplossing voor dat probleem: vind een manier waarop een zogenoemd seed black hole van duizenden tot tienduizenden zonsmassa’s snel kan ontstaan, dat daarna kan doorgroeien tot een nog veel zwaarder zwart gat. En de nu door de Britten gemodelleerde quasisterren vormen een van de manieren om in relatief korte tijd zo’n zwarte-gaten-zaadje te maken.

Wat een quasister is: een enorme ster (minstens duizend keer zo zwaar als onze zon) in het vroege heelal, die in zijn centrum een zwart gat herbergt. Dat gat voedt zich met het plasma waar de ster uit bestaat, die daardoor als het ware van binnen uit wordt leeggevreten. Op deze manier zou veel sneller een relatief zwaar zwart gat kunnen ontstaan dan normaal.

Werkt dit idee? Ja, zeggen de Britten in hun artikel, dat binnenkort wordt gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Volgens hun computersimulatie kan in het hart van een quasister die 10.000 keer zo zwaar is als onze zon in een paar miljoen jaar tijd een zwart gat ontstaan van zo’n 1200 zonsmassa’s. Dan houdt de quasister op te bestaan, maar het zwarte gat kan de in de buurt rondzwevende restjes van zijn voormalige gastheer nog opeten en zo doorgroeien tot maximaal 5000 zonsmassa’s. Al met al een geloofwaardig zaadje voor de nog veel zwaardere zwarte gaten die een miljard jaar na de oerknal in het heelal te vinden waren, concluderen de wetenschappers.

Mitch Begelman, de Amerikaanse astronoom die de quasisterren op de kaart zette als ‘zwarte-gaten-generators’ en daar al jaren onderzoek naar doet, is blij met het resultaat van zijn Britse collega’s. “Het is goed om te zien dat een andere groep, die onafhankelijk van ons hieraan werkt, met resultaten komt die vergelijkbaar zijn met de onze”, zegt hij op de site van New Scientist.

Voor meer over superzware zwarte gaten en quasisterren, zie het openingsartikel van KIJK 3/2010.

Bronnen: ArXiv.org, New Scientist

Beeld: V. Beckmann/ESA

In het sterrenbeeld Walvis blijkt zich een flinke reeks aan zwarte gaten te bevinden; het resultaat van een botsing tussen twee sterrenstelsels.

Een combinatie van röntgenstralingsdata van het Chandra X-ray Observatory en optische data van de Hubble Space Telescope leverde een spectaculair plaatje op: een ring die niet bestaat uit fonkelende diamanten, maar uit röntgenpulsen geproduceerd door zwarte gaten. En dat terwijl Valentijnsdag in aantocht is!

De sterrenstelsels van Arp 147. De röntgenstraling van de zwarte gaten is zichtbaar als roze vlekjes. (Foto: röntgen: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport, optisch: NASA/STScI)

De ring bevindt zich in een van de twee sterrenstelsels die samen Arp 147 vormen en zich op 430 miljoen lichtjaar van de aarde bevinden. Het elliptische stelsel links op de foto (zie hierboven) passeerde lang geleden het stelsel rechts op de foto. Dat veroorzaakte een flinke golf aan geboortes van nieuwe sterren (zichtbaar als de blauwe ring). Maar veel van deze sterren waren binnen enkele miljoenen jaren al door hun brandstof heen en ontploften (supernova). Een deel veranderde in zwarte gaten, diverse malen zwaarder dan onze zon.

Doordat deze zwarte gaten materie opzuigen van nabije sterren en als gevolg daarvan röntgenstraling uitzenden, kunnen we ze nu ‘zien’ op de foto als roze vlekjes. En dit soort zwarte gaten zijn niet alleen maar in de blauwe ring zichtbaar. Ook het midden van het elliptische stelsel bevat een sterke röntgenbron, die helaas lastig is te zien op de foto: een superzwaar zwart gat. Verder op de foto te zien: een quasar (links boven het elliptische stelsel).

Bronnen: Chandra X-ray Center, PhysOrg.com

Beeld: Ute Kraus/CC BY-SA 2.0

16.000 lichtjaar van de aarde vandaan bevindt zich een sterretje dat eigenlijk een zwart gat had moeten zijn, meldt een internationaal team van astronomen.

Het sterretje in kwestie is een zogenoemde magnetar. Dit is een neutronenster – een klein object met een extreem hoge dichtheid – die beschikt over een extreem sterk magnetisch veld. Een neutronenster is het overblijfsel van een zware ster die als supernova is geëxplodeerd. Probleem is alleen dat de voorloper van déze neutronenster waarschijnlijk meer dan veertig keer zoveel woog als onze zon. En zo’n ster had volgens de huidige theorieën geen neutronenster, maar een zwart gat moeten achterlaten.

Het sterretje waar het om gaat, maakt deel uit van de sterrencluster Westerlund 1. Deze cluster bevat honderden zware sterren die allemaal bij benadering even oud zijn; tussen de 3,5 en de 5 miljoen jaar. Punt is dat de magnetar in kwestie een ster is die al is geëxplodeerd, te midden van leeftijdsgenoten die nog gewoon ‘branden’. Combineer dat met de regel dat hoe zwaarder een ster is, hoe korter hij leeft, en we hebben hier te maken met een ster die voordat hij in een supernova veranderde blijkbaar een flink wat hogere massa had dan de hem omringende sterren.

De cluster Westerlund 1. (Foto: ESO)

Astronomen uit Groot-Brittannië, Spanje, Duitsland en Nederland hebben nu bevestigd dat de ster in kwestie inderdaad ooit een behoorlijk zware jongen was. Zij concluderen uit waarnemingen van de cluster dat de magnetar aanvankelijk minstens 35 zonsmassa’s woog en waarschijnlijk zelfs meer dan 45 zonsmassa’s. Volgens de onderzoekers was hij daarmee mogelijk de zwaarste voorloper van een neutronenster die we tot nu toe op het spoor zijn gekomen. En dat vormt een probleem, want de huidige theorieën schrijven voor dat een ster die meer dan 25 zonsmassa’s weegt aan het eind van zijn leven een zwart gat wordt.

De oplossing die de betrokken wetenschappers voorstellen, is dat de ster deel uitmaakte van een dubbelster. Doordat deze twee sterren om elkaar heen cirkelden, zou de voorloper van de magnetar een boel massa zijn kwijtgeraakt. Dat zou hem uiteindelijk licht genoeg hebben gemaakt om te eindigen als neutronenster in plaats van als zwart gat.

Helaas is er één probleem, zo meldt het persbericht over de ontdekking: een andere ster die daarvoor had kunnen zorgen, is (nog?) niet waargenomen in de buurt van de magnetar. “Maar”, zo vervolgt de tekst, “dat kan zijn omdat de supernova waar de magnetar uit ontstond de dubbelster uit elkaar trok.”

Bronnen: Astronomy & Astrophysics, ESO

Beeld: L. Calçada/ESO