Tango van zwarte gaten
Voordat ze samensmelten, wikkelen hun jets zich om elkaar heen
- Zoom
- Rond een zwart gat vormt zich doorgaans een accretieschijf van heet, invallend materiaal en een jet van straling en hoog-energetische deeltjes.
De meeste sterrenstelsels hebben een superzwaar zwart gat in hun centrum, en sterrenstelsels botsen vaak in het heelal. Ook de zwarte gaten treffen elkaar dan, en na een heftige tango smelten ze samen. Hun choreografie is voor het eerst gedetailleerd doorgerekend.
De kip-of-ei kwestie wie wat voortbrengt is nog niet opgelost, maar duidelijk is wel dat in het centrum van de meeste sterrenstelsels, zo niet alle, een zwart gat huist. Dit zwarte gat weegt miljoenen of zelfs miljarden zonsmassa’s en slokt alles wat in zijn buurt komt op.
Maar een zwart gat is een slordige eter: een flink deel van de invallende materie komt in de vorm van twee bundels hoog-energetische deeltjes en straling (jets) weer naar buiten bij de polen.
De Canadese astrofysicus Carlos Palenzuela en enkele collega’s vroegen zich af wat er gebeurt als twee superzware zwarte gaten en hun jets samensmelten. Dit moet af en toe voorkomen, want we zien overal in het heelal sterrenstelsels die bezig zijn samen te smelten.
Zo’n fusie duurt miljoenen jaren, simpelweg omdat sterrenstelsels zo enorm groot zijn. Ook zijn de afstanden tussen afzonderlijke sterren relatief zo groot, dat die zelden met elkaar zullen botsen. Maar de twee zwarte gaten zijn wel gedoemd om in botsing te komen. Hun interactie met de omringende sterren en gaswolken komt neer op een soort wrijving, waardoor hun onderlinge snelheid afneemt en ze ten opzichte van elkaar in een spiraalbeweging terecht komen.
Verstrengelen
In Science van 20 augustus presenteren de Canadese onderzoekers computersimulaties die laten zien hoe de jets zich tijdens de laatste paar rondjes van de tango in elkaar verstrengelen. In die fase komen de zwarte gaten vooral nader tot elkaar, doordat steeds krachtiger zwaartekrachtsgolven energie en impulsmoment uit het systeem afvoeren. Het resulterende filmpje is onder Dual Jets from Binary Black Holes te vinden op een aan astronomische simulaties gewijde webpagina.
Zwaartekrachtsgolven zijn nog nooit direct waargenomen, maar worden voorspeld door de Algemene Relativiteitstheorie. Het zijn rimpelingen in de ruimte-tijd die zich met de lichtsnelheid voortplanten, en die specifiek veroorzaakt worden door grote massa’s die zeer snel om elkaar heen draaien.
De vergelijkingen van de Algemene Relativiteitstheorie zijn veel gecompliceerder dan die van de klassieke mechanica, waardoor ze ook met de computer veel moeilijker door te rekenen zijn. Ter simplificatie nam men aan, dat beide zwarte gaten even zwaar waren, niet om hun eigen as draaiden en dat hun jets in dezelfde richting wezen.
Volgens de onderzoekers tonen hun simulaties aan, dat de jets van zwarte gaten verrassend stabiele structuren zijn, die ook bij zeer heftige gebeurtenissen in extreem sterke zwaartekrachtsvelden hun vorm behouden.
Een ander resultaat van de simulaties is, dat het tangopaar in de laatste paar uur voor de finale samensmelting intense straling uitzent, overeenkomend met de energieproductie van maar liefst tien miljard zonnen. Volgens de onderzoekers moet zo’n gebeurtenis tot op vijf miljard lichtjaar afstand waarneembaar zijn met röntgen-telescopen die in de nabije toekomst gelanceerd worden.
Behalve elektro-magnetische straling, zendt de fusie een relatief nog veel heftiger puls zwaartekrachtsgolven uit. Als zo’n golf de aarde passeert, vervormt de hele aardbol – en alles er op – een heel klein beetje en veert daarna weer terug.
Er zijn al detectoren gebouwd, zoals Ligo in de VS, die zulke rimpelingen moeten kunnen registreren als ze sterk genoeg zijn. Met de lancering van zwaartekrachtsgolfdetectors in de ruimte (Lisa, mogelijk in 2020) zou de zwarte-gatentango zelfs tot op 13 miljard lichtjaar te detecteren moeten zijn, bijna helemaal terug tot aan de Oerknal en de rand van het zichtbare heelal.
Arnout Jaspers
