Ergens door de intergalactische ruimte raast een supermassief zwart gat

Een superzwaar zwart gat lijkt te zijn weggeslingerd uit zijn sterrenstelsel. Het sleept een 200.000 lichtjaar lange ketting vol sterren achter zich aan.

Beeld: Een ‘ontsnapt’ supermassief zwart gat sleept een ketting van jonge sterren achter zich aan © NASA/ESA/Leah Hustak (STScI)

Wat is onzichtbaar, weegt 20 miljoen zonnen en flitst door de ruimte aan een snelheid van ongeveer 1.600 kilometer per seconde, met een lange sterrenstaart op de nasleep? Als je gokte op een supermassief zwart gat dat uit zijn sterrenstelsel is ontsnapt, dan zit je wellicht juist. 

Dat is toch wat een internationaal team van onderzoekers denkt, nadat ze het weggevluchte object met een van de krachtigste telescopen ter wereld heeft bestudeerd. Hun onderzoek staat beschreven in het vakblad Astrophysical Journal Letters

Astronomen zoeken al jaren naar weggevluchte zwarte gaten. Tot nog toe hebben ze nog maar een twaalftal potentiële nomaden gevonden

Onderzoekers weten nog niet goed waarom, maar supermassieve zwarte gaten houden zich doorgaans op in het centrum van sterrenstelsels. Ook in onze Melkweg. Daar nemen ze angstwekkende proporties aan. Maar omdat de meeste weinig actief zijn, zien wetenschappers ze makkelijk over het hoofd. Ze verraden hun aanwezigheid enkel via het kosmische vuurwerk dat ontstaat wanneer ze immense hoeveelheden gas en stof van hun sterrenstelsel opslokken.

Supermassieve zwarte gaten die op de een of andere manier uit hun sterrenstelsel zijn weggevlucht, zijn vreemde eenden in de bijt. Hoe ontsnappen ze uit een sterrenstelsel? En hoe kunnen wetenschappers ze zien als ze helemaal geen licht afgeven? 

Jonge blauwe sterren

Astronomen zoeken al jaren naar zulke weggevluchte zwarte gaten. Tot nog toe hebben ze nog maar een twaalftal potentiële nomaden gevonden. Maar volgens de auteurs van de paper is dit nieuwe exemplaar bijzonder overtuigend.

De vondst was een toevalstreffer. De Hubble-ruimtetelescoop had beelden gemaakt van bolvormige sterrenhopen, en daarin was een klein streepje zichtbaar. Nu hoeft zo’n streepje op zich niet zo bijzonder te zijn; dikwijls wordt het veroorzaakt doordat kosmische straling op de detectors van de telescoop invalt.

Maar nader onderzoek wees uit dat het toch om iets anders moest gaan. De streep bleek een ketting van jonge blauwe sterren te zijn. Ze strekte zich over een afstand van liefst 200.000 lichtjaar. 
Wellicht is die ketting een soort kosmisch condensspoor, denkt Nederlands astronoom Pieter van Dokkum (Yale University), die het onderzoek leidde. Het spoor zou dan veroorzaakt zijn door een zwart gat, dat een hele hoop gas samenperst tot sterren.

Toen de onderzoekers de ketting tot haar beginpunt traceerden, belandden ze bij een sterrenstelsel dat zich op zo’n 7,5 miljard lichtjaar afstand van de aarde bevindt. Dat sterrenstelsel blijkt geen zwart gat te hebben.

‘Het zwart gat moet zo’n 40 miljoen jaar geleden uit zijn stelsel zijn weggeschoten. Nu raast het door de ruimte aan een snelheid van zo’n 1.600 kilometer per uur’

Van Dokkum en zijn team berekenden ook de leeftijd van de sterren in de ketting. ‘Zo vonden we dat het zwarte gat zo’n 40 miljoen jaar geleden uit zijn stelsel moet zijn weggeschoten. Nu raast het door de ruimte aan een snelheid van zo’n 1.600 kilometer per uur.’

Over die snelheid zijn veel experts enthousiast. ‘Dit object gaat echt énorm snel’, zegt astronoom Christopher Reynolds (University of Cambridge), die niet bij de studie betrokken was. Volgens hem is het onwaarschijnlijk dat het hier níét gaat om een gigantisch zwart gat dat tussen sterrenstelsels door raast. 

Zwaartekrachtsdans

Ondanks die gunstige tekenen hopen astronomen toch dat ze het object meer in detail kunnen waarnemen. Daarvoor willen ze een beroep doen op de James Webb-ruimtetelescoop en het Chandra X-ray-observatorium. ‘Op dit punt kunnen we nog niets hardmaken. We hebben veel meer data nodig’, zegt Maria Luísa Buzzo (Swinburne University of Technology), die meewerkte aan de studie.
‘Eigenlijk wil je de directe zwaartekrachteffecten zien van een compact, massief object’, zegt astronoom Erin Bronning (Emory University), die niet betrokken was bij de studie. Alleen daarmee kun je verklaren hoe iets dat miljoenen of miljarden zonnen kan wegen überhaupt uit een sterrenstelsel kan worden gekeild.

Wetenschappers weten al lang dat twee sterrenstelsels kunnen botsen en samensmelten tot één groter stelsel. Wanneer dat gebeurt, komen de zwarte gaten in de centra van die stelsels gevaarlijk dicht bij elkaar te liggen.

Wat er daarna precies gebeurt is nog onduidelijk. Al stelden wetenschappers meer dan vijftig jaar geleden al dat die zwarte gaten weleens ontwricht kunnen geraken. ‘Het is niet onmogelijk dat ze dan ook uit een sterrenstelsel worden gestoten’, zegt Van Dokkum. ‘Deze waarneming lijkt die mogelijkheid te bevestigen.’

Als twee zwarte gaten uit verschillende sterrenstelsels verstrengeld geraken in een zwaartekrachtsdans en een derde voegt zich erbij, dan wordt de situatie zodanig instabiel dat een van de drie zwarte gaten onverbiddelijk uit het sterrenstelsel wordt weggeknikkerd. 

Na een twist met twee andere zwarte gaten is een derde zwart gat weggeslingerd uit zijn sterrenstelsel © NASA/NAOJ/Van Dokkum

Al hoeft er misschien niet eens een derde zwart gat aan te pas te komen. ‘Als twee versmeltende zwarte gaten onderling in massa verschillen, zullen de zwaartekrachtgolven die ze uitsturen één richting aannemen. Het overblijvende zwarte gat zal van de weeromstuit in de tegenovergestelde richting wegschieten’, zegt astrofysicus Avi Loeb. 

Onzichtbare hooiberg

De manier waarop supermassieve zwarte gaten zich een weg banen richting intergalactische ruimte kan grote gevolgen hebben voor de sterrenstelsels die ze verlaten. De ontsnapte zwarte gaten kunnen stervorming afremmen of net bevorderen. Door ze te bestuderen kunnen wetenschappers dus inzicht krijgen in hoe sterrenstelsels ontstaan, hoe ze zich verder ontwikkelen en hoe ze uiteindelijk weer uitdoven. 

Deze nieuwe kandidaat – die zich toevallig liet spotten via een streepje op de Hubble-telescoop – doet wetenschappers vermoeden dat er al bewijsmateriaal voorhanden is van andere, soortgelijke ontsnappingen. ‘Als dat klopt, kunnen we systematisch gaan zoeken naar dit soort fenomenen’, zegt Bonning. 

NASA is volop de Nancy Grace-ruimtetelescoop aan het klaarstomen. En het Vera C. Rubin-observatorium is bijna klaar voor ingebruikname. Met die instrumenten hopen astronomen gericht te kunnen speuren naar deze naalden in een onzichtbare hooiberg. 

Wat is een zwart gat?

Lees hier het antwoord