Zwarte gaten kunnen schokgolven uitzenden die sterren produceren

NH 30-10-10 katern 4 pagina 10
Het zwarte gat
zware zwarte gat van sterrenstelsel IC 2497. Deze wolk werd in 2007 ontdekt door Hanny van
Arkel, een onderwijzeres die meehelpt bij het
classificeren van sterrenstelsels op hemelopnamen. Waarnemingen met onder andere de radiotelescoop in Westerbork lieten eerder dit jaar
zien dat het zwarte gat niet alleen deze wolk tot
lichten brengt, maar in het stelsel zelf ook een
geboortegolf van sterren heeft veroorzaakt.
Zwarte gaten kunnen
schokgolven uitzenden die
sterren produceren en zelfs
hele sterrenstelsels. Dat
INSTORTING Elbaz laat per e-mail weten dat astronomen ook het eventuele ontstaan van zwarte gaten in bestaande sterrenstelsels niet goed
kunnen verklaren. Zwarte gaten waren er soms
al binnen een miljard jaar na het ontstaan van
het heelal. Hoe konden in sterrenstelsels zo snel
zulke reuzen groeien? Door het samen smelten
van lichtere gaten die tijdens de instorting van
de allereerste zware sterren waren ontstaan?
Door het opslokken van materie in protosterrenstelsels? Of na een botsing van twee protostelsels? De computers die deze processen simuleren draaien op volle toeren (Nature, 26 augustus 2010).
In het geval van de naakte quasar zou het zwarte
gat volgens Elbaz gegroeid kunnen zijn door
het aantrekken van reusachtige filamenten van
het koude waterstof- en heliumgas waarmee het
jonge heelal vóór het ontstaan van de sterrenstelsels was gevuld. “Simulaties hebben aangetoond dat er inderdaad zulke oerfragmenten in
het jonge heelal hebben bestaan en in ons onderzoek wijzen we ook op de aanwezigheid van
beweert de Franse astrofysicus
David Elbaz. George Beekman
W
at was er eerder: het
sterrenstelsel of zijn centrale superzware zwarte gat?
Dit kip-of-eiprobleem is een
veelbesproken onderwerp
in de kosmologie. De meeste astronomen denken dat er eerst sterrenstelsels ontstonden, door
het samensmelten van kleinere concentraties
van oermaterie. Pas daarna zou in het centrum
van zulke stelsels een superzwaar zwart gat
kunnen groeien. De Franse astrofysicus David
Elbaz denkt echter dat ook het omgekeerde mogelijk is: dat er eerst zwarte gaten ontstonden
die daarna sterrenstelsels creëerden.
Elbaz (44) is hoofd van het laboratorium voor
Kosmologie en Evolutie van Sterrenstelsels van
het Commissariaat voor Atoomenergie (CEA) in
Saclay, bij Parijs. Hij doceert over deze onderzoeksgebieden en ontving in 2000 voor zijn
werk de Chrétien Award van de American Astronomical Society. Daarnaast probeert hij in
woord en beeld een breed publiek voor de sterrenkunde te interesseren.
Wat bezielt deze wetenschapper om een algemeen aanvaarde theorie op zijn kop te zetten?
Die bezieling is het raadselachtige verband dat
astronomen al twee decennia lang bezighoudt:
hoe zwaarder een sterrenstelsel, des te zwaarder
ook zijn centrale, superzware zwarte gat. Dat is
vreemd omdat zulke zwarte gaten ondanks hun
massa – miljoenen tot miljarden zonmassa’s –
ruim binnen de baan van Mercurius passen.
Hoe kan iets wat kosmisch gezien een speldeprik is toch invloed hebben op iets reusachtigs
als een sterrenstelsel?
M AT E R I E B U N D E L S Elbaz ziet het antwoord in de
materiebundels (jets) die deze zwarte gaten in
twee tegengestelde richtingen uitzenden. Hun
extreem sterke zwaartekrachtveld trekt omringende materie aan, die zich eerst in een schijf
rond het gat concentreert. Daarbij worden enorme hoeveelheden energie geproduceerd, die via
twee bundels snel bewegende deeltjes de ruimte
in worden gezonden. Deze bundels kunnen
zich voortplanten over afstanden van miljoenen
lichtjaren. Als zo’n bundel een gaswolk ontmoet, ontstaan verstoringen die tot stervorming kunnen leiden. Zo zou een heel sterrenstelsel kunnen ontstaan.
Iets dergelijks zien astronomen op een veel kleinere schaal in sterrenstelsels. Daar kunnen de
schokgolven van exploderende sterren omringende gaswolken zodanig verstoren en samendrukken dat er sterren ontstaan. Sommige as-
In de kern van dit sterrenstelsel,
NGC 1097, op 16 miljoen
lichtjaar van de aarde, bevindt
zich een zwart gat. FO TO / NAS A/ HST
als schepper
tronomen denken dat ook het ontstaan van onze zon – en dus van de aarde – aan zo’n nabije
supernova-explosie te danken is. Sporen daarvan zouden zelfs in meteorieten zijn gevonden.
Elbaz probeert zijn theorie te bewijzen via een
‘naakte’ quasar. Een quasar is de extreem heldere kern van een sterrenstelsel en ontleent zijn
energie aan een superzwaar zwart gat. Rond de
quasar die Elbaz bestudeert, HE0450-2958, is
echter niets van een sterrenstelsel te zien.
Sommige astronomen opperen dat dit zwarte
gat ooit in een sterrenstelsel huisde, maar eruit
is weggestoten. Of dat het sterrenstelsel zich
verschuilt achter stofwolken. Voor beide suggesties zijn echter nog geen aanwijzingen gevonden. Wel hebben astronomen ontdekt dat
zich vlak bij de quasar een sterrenstelsel bevindt
waarin in hoog tempo sterren ontstaan.
PIEPJONG Dit stelsel is even groot als het onze,
maar het tempo van stervorming is 350 maal hoger. Verder zijn de sterren er hooguit 200 miljoen jaar oud, dus piepjong. Tot slot blijkt dit
stelsel precies in de energiebundel van het naburige zwarte gat te staan. Dit alles is volgens
Elbaz een bewijs dat het zwarte gat ook het sterrenstelsel heeft doen ontstaan.
Zeker is dat quasar en sterrenstelsel met elkaar
zullen versmelten. De quasar staat namelijk op
een afstand van slechts 22.000 lichtjaar van het
stelsel en beweegt er met een snelheid van zo’n
150 kilometer per seconde naartoe. De ‘naakte’
quasar zal uiteindelijk worden ‘aangekleed’.
Elbaz wijst er verder op dat zich rond quasars
vaak lichtende gaswolken bevinden met een
massa die soms vele malen die van het gas in ons
melkwegstelsel is. Dit gas zou geïoniseerd kunnen worden door de sterke straling van zo’n
quasar. Als de activiteit van zo’n quasar – al of
niet tijdelijk – stopt, zou het gas door afkoeling
en samentrekking sterren kunnen gaan vormen. Zulke gaswolken zouden dan de voorlopers van toekomstige sterrenstelsels zijn.
Verder zijn er bij of in gewone sterrenstelsels,
die meestal ook een centraal, superzwaar zwart
gat hebben, eveneens tekenen van zulke jet induced star formation gevonden. Het meest klassieke
voorbeeld hiervan is Minkowski’s Object, een
reusachtige wolk waterstofgas waarin 7,5 miljoen jaar geleden opeens op grote schaal sterren
ontstonden. De wolk ligt in de ‘vuurlijn’ van
een sterrenstelsel met een superzwaar zwart
gat, ontdekte de Nederlands-Amerikaanse astronoom Wil van Breugel in 1985.
Een ander voorbeeld is Hanny’s Voorwerp, een
wolk waterstofgas in de vuurlijn van het super-
zo’n filament dat met het zwarte gat in de naakte quasar in verbinding lijkt te staan”, aldus Elbaz.
Volgens veel astronomen kloppen de individuele elementen van de theorie van Elbaz wel, maar
zit het probleem vooral in zijn idee dat een superzwaar zwart gat niet alleen stervorming in
bestaande sterrenstelsels beïnvloedt, maar een
heel stelsel zou kunnen maken.Verder is de tijdschaal een probleem. “Zwarte gaten hebben materie nodig om te kunnen groeien en zij moeten
in dit geval sneller groeien dan sterrenstelsels”,
aldus de Groningse astronoom Marco Spaans in
een e-mail. Ook Spaans heeft onderzoek verricht naar het ontstaan van jonge zwarte gaten
in kosmische oerwolken. Daarbij bleek onder
andere dat er tijdens hun groeiproces veel gas
overblijft dat niet in het zwarte gat terechtkomt. Dit gas fragmenteert makkelijk en vormt
zo zonder de invloed van het jonge zwarte gat
een protosterrenstelsel. Zwart gat en sterrenstelsel ontstaan dan tegelijk.
Spaans: “Superzware zwarte gaten kunnen zeker de vorming van sterrenstelsels beïnvloeden,
maar hun eigen ontstaan kan moeilijk plaatsvinden zonder ook een sterrenstelsel te vormen.” Het kosmische kip-of-eiprobleem is nog
niet opgelost.
.