We weten nu hoe een zwart gat door het heelal kan worden weggeslingerd

Toen onderzoekers aanwijzingen vonden dat een zwart gat uit zijn sterrenstelsel was weggevlogen, wist niemand hoe dat kon gebeuren. Nu is daar een verklaring voor.

Twee superzware zwarte gaten die op elkaar botsen, kunnen samen een nieuw superzwaar zwart gat vormen dat met zo’n hoge snelheid terugdeinst dat het uit zijn sterrenstelsel wordt geslingerd. Dat gebeurt waarschijnlijk alleen in uitzonderlijke gevallen, maar het zou wel een verklaring bieden voor de recente mogelijke waarneming van zo’n op hol geslagen zwart gat.

In 2023 ontdekten onderzoekers een dunne, lijnvormige structuur op een opname van een stukje heelal op zo’n 7,5 miljard lichtjaar van de aarde, gemaakt door de Hubble-ruimtetelescoop. Op basis van aanvullende waarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) en een analyse van het licht concludeerden astronoom Pieter van Dokkum van de Amerikaanse Yale-universiteit en zijn collega’s dat de lijn het gevolg was van een nog nooit eerder waargenomen kosmische gebeurtenis: een superzwaar zwart gat dat met supersonische snelheid uit een sterrenstelsel werd geslingerd en daarbij een spoor van jonge sterren achterliet.

LEES OOK

De grote belofte van geheugenmanipulatie

Het klinkt nogal dystopisch, maar het aanpassen van de herinneringen van mensen kan in sommige omstandigheden een heel goed i ...

Niet iedereen is het eens met die interpretatie. Maar astronoom Tousif Islam van de Universiteit van Californië in Santa Barbara en zijn collega’s hebben nu uitgezocht onder welke omstandigheden een superzwaar zwart gat zich inderdaad zo zou kunnen gedragen.

Wiskundig model

Geïnspireerd door waarnemingen en grootschalige simulaties van het heelal ontwikkelde het team een wiskundig model waarmee ze de eigenschappen van zo’n op hol geslagen zwart gat konden terugrekenen naar zijn oorsprong. ‘Het lijkt een beetje op fossielenonderzoek: we werken terug in de tijd om te reconstrueren hoe het verleden eruitzag’, zegt teamlid Digvijay Wadekar van de Universiteit van Texas in Austin.

Het team ontdekte dat een op hol geslagen zwart gat zoals geopperd door Van Dokkum en zijn collega’s uit de samensmelting van twee superzware zwarte gaten zou moeten zijn ontstaan. Een daarvan zou heel snel om zijn as hebben gedraaid en was ongeveer zes keer zo zwaar als het andere. Zo’n 70 miljoen jaar geleden zouden ze op met grote kracht zijn samengesmolten, waarbij het nieuwe zwarte gat een krachtige terugslag kreeg en uit zijn sterrenstelsel werd gelanceerd.

‘In simulaties van botsende zwarte gaten zien we bijna altijd zo’n terugslag, maar meestal is die veel kleiner’, zegt Islam. Volgens de onderzoekers is de kans dat de terugslag groot genoeg is om een zwart gat uit zijn sterrenstelsel te schieten kleiner dan 10 procent.

Kleine kans

‘Als wiskundige uitdaging is dit heel interessant, omdat het natuurkundige mechanisme voor een op hol geslagen superzwaar zwart gat bestaat. Maar de kans dat dit in werkelijkheid gebeurt, is erg klein’, zegt astronoom Jorge Sánchez Almeida van het Instituut van Astrofysica van de Canarische Eilanden in Spanje.

Sinds 2023 verdedigen Sánchez Almeida en zijn collega’s een minder spectaculaire verklaring voor de oorspronkelijke waarnemingen. Volgens hen is de lijn helemaal geen spoor van een ontsnappend zwart gat, maar een sterrenstelsel met daarin allerlei regio’s waar sterren ontstaan, dat we precies van opzij zien, waardoor het als een smalle streep verschijnt.

Het analyseren van het licht uit zulke gebieden is ingewikkeld en kan gemakkelijk leiden tot een verkeerde interpretatie, zegt Sánchez Almeida. Bovendien wijzen volgens hem meerdere andere metingen op de verklaring van een van opzij gezien sterrenstelsel. Zo komen de massa van de sterren en hun rotatiesnelheid overeen met de zogeheten Tully-Fisher-relatie, een bekende eigenschap van schijfvormige sterrenstelsels.

De tijd zal het leren

Toch blijft het team van Islam achter hun hypothese over een op hol geslagen zwart gat staan. ‘Er zijn verschillende verklaringen mogelijk, maar deze lijkt ons nog altijd de meest aannemelijke’, zegt Wadekar. Islam vertelt dat hij voor het eerst over het op hol geslagen zwarte gat hoorde tijdens een conferentie over zwarte gaten aan zijn universiteit. Gesprekken met astronomen daar overtuigden hem ervan dat zowel het bestaan als de ontstaansgeschiedenis van zo’n object de moeite van het onderzoeken waard zijn.

Toekomstige waarnemingen kunnen mogelijk uitsluitsel geven. Volgens Sánchez Almeida kan de James Webb-ruimtetelescoop dit gebied van het heelal al gedetailleerder in beeld brengen en zo definitief vaststellen of het inderdaad om een van opzij gezien sterrenstelsel gaat. Het team van Islam wil daarnaast zijn model gebruiken om te voorspellen welke zwaartekrachtgolven de botsing van de twee oorspronkelijke zwarte gaten zou hebben geproduceerd. Zulke signalen zouden in de nabije toekomst mogelijk kunnen worden opgevangen door instrumenten als de Laser Interferometer Space Antenna (LISA).