13 december 2017

Alle zwarte gaten gedragen zich opvallend hetzelfde

quasar artist impression

Een zwart gat in het centrum van een quasar of blazar kan straalstromen produceren van miljoenen lichtjaren lang

Zwarte gaten komen in allerlei soorten en maten. Sommige zwarte gaten wegen slechts een aantal zonnemassa’s – deze worden gevormd uit ontploffende sterren. Andere zwarte gaten kunnen miljarden malen zwaarder zijn – deze worden normaal gesproken aangetroffen in de centra van sterrenstelsels. Nu heeft een nieuw onderzoek, waarbij gebruik is gemaakt van gegevens van de Swift- en Fermi-ruimtetelescopen, uitgewezen dat alle zwarte gaten ongeveer hetzelfde gedrag vertonen. Dat betekent dat dezelfde onderliggende processen bij alle zwarte gaten aan het werk zijn, ongeacht de massa, leeftijd of omgeving.

Als een zwart gat gas uit zijn omgeving opslokt, dan hoop dit zich op tot een accretieschijf, een draaiende schijf rond het zwarte gat. Hier wordt het gas samengeperst en verhit. Aan de binnenrand van de schijf, vlakbij de grens van de ‘gebeurtenishorizon’ (het punt waarop geen ontsnapping meer mogelijk is), wordt het gas gigantisch versnelt. Een deel van hat gas zal worden opgeslokt door het zwarte gat, terwijl een ander deel juist wordt weggeschoten in de vorm van twee straalstrome van materiaal, die vanaf de ‘polen’ van het zwarte gat de ruimte in schieten. De materie binnen de straalstromen wordt hierbij versnelt tot bijna de lichtsnelheid. Als deze materie onderweg op andere materie botst, dan komt hierbij gammastraling vrij – feitelijk een zeer energierijke vorm van licht.

Wetenschappers weten niet exact hoe dit proces in zijn werkt gaat. Bij de supermassieve zwarte gaten die sterrenstelsels verankeren, kunnen de straalstromen miljoenen lichtjaren lang worden. Aan de andere kant van het spectrum, bij de stellaire zwarte gaten, houden de straalstromen verband met hypernova’s – de krachtigste explosies in het universum. Hierbij raakt een supermassieve ster door zijn brandstof heen, waardoor het implodeert tot een zwart gat. Doordat de buitenlagen van de ster naar binnen vallen, vormt zich een accretieschijf en lanceert het pasgeboren zwarte gat een straalstroom. Als zo’n straalstroom op de aarde gericht staat, zien we een gammaflits.

Ook supermassieve zwarte gaten kunnen een opgeschaalde versie van een gammaflits vormen. Dit gebeurt bij de helderste klasse van actieve sterrenstelsels (quasars en blazars), waarbij het centrale zwarte gat bijzonder veel materiaal te verwerken krijgt. Het resultaat zijn krachtige straalstromen – als deze op de aarde gericht staan, zien we ook een vloedgolf aan gammastraling. Een gemiddelde blazar produceert in 1 seconde evenveel energie als de zon in 317.000 jaar. Een (stellaire) gammaflits heeft een veel geconcentreerder karakter: hierdoor is de hoeveelheid energie die per seconde geproduceerd wordt gelijk aan de complete energie-output van de zon gedurende 3 miljard jaar.

Nu lijken quasars/blazars en gammaflitsen dus op elkaar, maar ze worden geacht op verschillende manieren te ontstaan. Stellaire zwarte gaten en supermassieve zwarte gaten zijn immers verschillende ‘beestjes’ . Toch blijkt uit onderzoek dat in beide gevallen ongeveer 3 tot 15 procent van de complete energieproductie opgaat aan aan het produceren van gammastraling. Dat kan twee dingen betekenen. De eerste mogelijkheid is de straalstromen van alle zwarte gaten op dezelfde manier ontstaan. Een andere mogelijkheid is dat er verschillende mechanismen bestaan die vrijwel identieke resultaten geven.

plot of power and brightness

Astronomen hebben de eigenschappen van de straalstromen van zwarte gaten met elkaar vergeleken. Hiertoe hebben ze 54 gammaflitsers en 234 quasars/blazars uitgebreid bestudeerd. Het blijkt dat de kracht en helderheid van de straalstromen bijzondere overeenkomsten vertonen, ondanks het feit dat de “bron-zwarte gaten” grote verschillen vertonen in massa, leeftijd en omgeving.

Bron: NASA

Laat wat van je horen

*