Hubble ontdekt een onmogelijke schijf rondom een zwart gat

Alsof zwarte gaten op zichzelf al niet mysterieus genoeg zijn, ontdekten astronomen met de Hubbletelescoop een dunne schijf van materiaal dat woest rond een superzwaar zwart gat raast in het spiraalstelsel NGC 3147, dat 130 miljoen lichtjaar bij ons vandaan staat.

Volgens de hedendaagse astronomische theorieën zou deze schijf er helemaal niet moeten zijn. Doordat deze schijf zo dicht bij een zwart gat ligt, biedt het geweldige mogelijkheden om de relativiteitstheorieën van Albert Einstein te testen. De algemene relativiteitstheorie beschrijft zwaartekracht als een kromming in de ruimte en de speciale relativiteitstheorie geeft de relatie tussen tijd en ruimte weer. Er zijn nog nooit relativistische effecten waargenomen in het zichtbare licht en met zoveel helderheid. Het licht bevindt zich verschrikkelijk dichtbij een zwart gat, waardoor de zwaartekrachtseffecten invloed hebben op hoe de fotonen van het licht zich gedragen.

Zwarte gaten in bepaalde soorten sterrenstelsels, zoals NGC 3147, zijn ondervoed omdat er niet genoeg door de zwaartekracht gevangen materiaal is om ze regelmatig van voeding te voorzien. De dunne waas van materiaal wordt daardoor opgeblazen als een soort donut in plaats van dat het plat wordt gemaakt als een pannenkoek. Het is daarom onbegrijpelijk waarom er een dunne schijf rond een verhongerd zwart gat in NGC 3147 is die veel krachtiger is dan schijven die te vinden zijn in extreem actieve sterrenstelsels met monsterlijke zwarte gaten.

De astronomen kozen in eerste instantie dit sterrenstelsel om bestaande modellen te checken die betrekking hebben op actieve sterrenstelsels met een lagere helderheid – die zwarte gaten die op een schaars dieet van materiaal bevatten. Modellen voorspellen dat een accretieschijf ontstaat wanneer grote hoeveelheden gas worden opgesloten door de sterke zwaartekracht van een zwart gat. Dit gas straalt veel licht uit en wordt een quasar genoemd. Tenminste, als de zwarte gaten goed worden gevoed. Zodra er minder materiaal in de schijf wordt getrokken, begint het af te breken, wordt het zwakker en verandert de structuur.

Het type schijf dat gevonden is, is een verkleinde quasar waarvan astronomen niet hadden verwacht dat zoiets zou bestaan. Het is hetzelfde type schijf is te vinden in objecten die 1000 of zelfs 100000 keer lichter zijn.  De voorspellingen van de huidige modellen voor gasdynamica in zeer zwakke actieve sterrenstelsels kloppen dus niet helemaal.

De schijf is zo diep ingebed in het intense zwaartekrachtsveld van het zwarte gat dat het licht van de gasschijf wordt gemanipuleerd. Dit gebeurt volgens de relativiteitstheorieën van Einstein, dus astronomen krijgen zo meer inzicht op de dynamische processen dichtbij een zwart gat.

Astronomen hebben berekend dat het materiaal met een snelheid van meer dan 10% van de lichtsnelheid om het zwarte gat wervelt.  Bij deze extreme snelheden lijkt het gas op te fleuren als het naar de Aarde reist en juist dimt als het van onze planeet af beweegt (een effect dat relativistische straling wordt genoemd). Hubble’s waarnemingen tonen ook aan dat het gas zo verankerd is in de zwaartekrachtbron dat het licht moeite heeft om eruit te kruipen en daarom lijkt uitgerekt tot de rodere golflengten. De massa van het zwarte gat is ongeveer 250 miljoen keer de massa van onze Zon. De astronomen willen met Hubble op zoek gaan naar andere zeer compacte schijven, zodat ze nog meer onderzoek kunnen doen.