Zwarte gaten ‘erven’ hun magnetische velden van hun ouders

Beeld: 3D-simulatie van een snel ronddraaiende accretieschijf rond een zwart gat en de ‘jets’ die daarbij ontstaan. (Gottlieb et al (2024); Lucy Reading-Ikkanda, Simons Foundation)

Hoewel zwarte gaten vooral bekendstaan om het feit dat ze alles in hun omgeving opslokken, kunnen ze ook krachtige bundels van geladen deeltjes uitstoten. Dat resulteert in explosieve uitbarstingen van gammastraling waarbij binnen een paar tellen meer energie vrijkomt dan onze zon in haar hele leven zal uitstralen. Om zo’n spectaculaire gebeurtenis te laten plaatsvinden, moet een zwart gat een krachtig magnetisch veld hebben. Maar waar dit magnetisme vandaan komt, is – of wellicht was – een raadsel.

Zwarte gaten kunnen ontstaan nadat een ster als supernova is ontploft. Daarbij blijft een compacte kern achter: een zogeheten proto-neutronenster. ‘Proto-neutronensterren zijn de ‘moeders’ van zwarte gaten in die zin dat wanneer ze verder ineenstorten, er een zwart gat wordt geboren’, aldus Ore Gottlieb, onderzoeker aan het Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics in New York City (VS). ‘We hebben vastgesteld dat wanneer zich zo’n zwart gat vormt, de omringende schijf van de proto-neutronenster zijn magnetische lijnen als het ware vastpint aan het zwarte gat.’

Gottlieb en zijn team waren in eerste instantie van plan om de hele ontwikkeling van ster tot zwart gat te modelleren, inclusief de zich daarbij vormende jets die zogeheten gammaflitsen veroorzaken. Daarbij stuitte het team echter op een probleem: onduidelijk was hoe magnetische velden zich tijdens de ineenstorting van een neutronenster tot een zwart gat gedragen.

De ‘ouder’ van een zwart gat

Het grootste probleem was dat sterk magnetisme in een ineengestorte ster ervoor zorgt dat deze langzamer gaat draaien. En zonder snelle draaiing kan een pasgeboren zwart gat geen accretieschijf vormen – de schijf van gas, plasma, stof en deeltjes rond een zwart gat – en ook geen jets en gammaflitsen kan produceren. Er moest dus iets anders aan de hand zijn. Op zoek naar een oplossing besloot het team om terug te gaan naar de bron: de ‘ouder’ van een zwart gat.

De onderzoekers realiseerden zich dat eerdere simulaties van ineenstortende neutronenster wellicht geen volledig beeld gaven. ‘Bij eerdere simulaties werd alleen gekeken naar neutronensterren en zwarte gaten afzonderlijk, en ging tijdens de ineenstorting al het magnetisme verloren. Wij kwamen er echter achter dat ook proto-neutronensterren een accretieschijf hebben, net als zwarte gaten,’ zegt Gottlieb. ‘Het idee is nu dat deze accretieschijf het magnetische veld van de neutronenster kan redden. In dat geval zal zich een zwart gat vormen met dezelfde magnetische veldlijnen als die door de neutronenster heen liepen.’

Uit de berekeningen van het team blijkt dat, voordat zijn magnetische veld volledig door het pasgevormde zwarte gat wordt opgeslokt, de schijf van de neutronenster door het zwarte gat wordt geërfd en de magnetische veldlijnen worden verankerd. Op die manier stelt de schijf het zwarte gat in staat om het magnetische veld van zijn ‘moeder’, de neutronenster, over te nemen.