Een lichtflits uit de ruimte lijkt afkomstig van twee botsende zwarte gaten. Bij zo’n samensmelting is nog nooit eerder een lichtsignaal waargenomen.
Zwarte gaten stralen geen licht uit. Als twee botsende zwarte gaten samensmelten, verwacht je daarom geen lichtflits. Volgens sommige theoretici is dat in bijzondere situaties echter wel mogelijk. Amerikaanse astronomen hebben nu mogelijk bewijs gevonden voor zo’n uitzonderlijk geval.
Miljarden jaren geleden botsten twee zwarte gaten op elkaar in een ver sterrenstelsel. Dit veroorzaakte een trilling in de ruimtetijd die op 21 mei 2019 gemeten werd door de LIGO-zwaartekrachtgolfdetectoren in de VS en de Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië.
De precieze massa van de zwarte gaten is onbekend, omdat de zwaartekrachtgolf die ze veroorzaakten nog niet uitvoerig is geanalyseerd. De onderzoekers schatten dat het zwarte gat dat overbleef na de samensmelting ongeveer 100 keer de massa van de zon heeft.
Tumult rondom superzwaar zwart gat
Voor zwaartekrachtgolven van botsende zwarte gaten komen astronomen hun bed niet meer uit. Ze worden sinds de ontdekking in 2015 aan de lopende band gemeten. Toch was deze botsing anders. Waarschijnlijk bevonden de zwarte gaten zich namelijk in een onstuimig wervelende schijf van gas, stof en sterren rondom een superzwaar zwart gat van ruim 100 miljoen keer de massa van de zon.
‘Deze objecten zwermen als boze bijen rond de monsterlijke bijenkoningin in het midden’, zegt Kathleen Ford van de City University in New York. In dit tumult kunnen sommige objecten paren vormen en samen door de wervelende schijf dansen. Mogelijk kwamen twee zwarte gaten tijdens hun dans iets te dicht bij elkaar, waardoor ze botsten en samensmolten.
Het nieuwe, grotere zwarte gat dat hierbij ontstond, kreeg door de gewelddadige fusie waarschijnlijk een slinger in een willekeurige richting. Daarbij ploegde het door de schijf. De reactie met het gas veroorzaakt daarbij een plots oplichtende gloed die zichtbaar is voor telescopen. Zo kan een botsing tussen twee onzichtbare objecten zichtbaar worden.
Licht van zwarte gaten
Theoretici voorspellen dat bij een botsing zo’n gloed enkele dagen tot weken na de vorming van zwaartekrachtgolven te zien is. Daarom besloten astronomen te grasduinen in de metingen van de Zwicky Transient Facility (ZTF), die zich bij de Samuel Oschin Telescoop in de VS bevindt. Daarin vonden ze inderdaad een gloed die enkele dagen na de zwaartekrachtgolf op dezelfde plek in het heelal zichtbaar werd. In ongeveer een maand tijd verdween de gloed geleidelijk.
Omdat het licht van nabij een superzwaar zwart gat kwam, moesten andere oorzaken worden uitgesloten. Lichtflitsen ontstaan namelijk ook als er in de turbulente schijf sterexplosies plaatsvinden, of wanneer het superzware zware gat een ster opslurpt. De astronomen concluderen echter op basis van het licht dat samensmeltende zwart gaten de meest waarschijnlijk oorzaak zijn, omdat de gloed van bijvoorbeeld een sterexplosie een ander kleurverloop zou hebben.
‘Dit is een indrukwekkende ontdekking!’, twittert de niet-betrokken astrofysicus Chiara Mingarelli van de University of Connecticut enthousiast. ‘Het is niet alleen de eerste elektromagnetische tegenhanger van een fusie van zwart gaten, maar de auteurs voorspellen ook dat er over 1,6 jaar een nieuwe uitbarsting zou moeten zijn, afhankelijk van de ware massa van het superzware zwarte gat.’ Voor het detecteren van die tweede uitbarsting zal de ZTF paraat staan, zodat de astronomen niet door oude data hoeven te speuren.
