NASA-animatie zoomt in op de grootste zwarte gaten in het heelal

Een nieuwe NASA-animatie belicht de “super” in superzware zwarte gaten. Deze monsters bevinden zich in de centra van de meeste grote sterrenstelsels, waaronder onze eigen Melkweg, en bevatten tussen de 100.000 en tientallen miljarden keren meer massa dan onze zon.

“Directe metingen, gemaakt met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop, bevestigen het bestaan ​​van meer dan 100 superzware zwarte gaten”, zegt Jeremy Schnittman, een theoreticus bij NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “Hoe wordt het zo groot? Wanneer sterrenstelsels botsen, kunnen hun centrale zwarte gaten uiteindelijk ook samensmelten.”

In 2019 en 2022 produceerde een netwerk van planeetoverspannende radioobservatoria, respectievelijk de Event Horizon Telescope genaamd, de eerste beelden van gigantische zwarte gaten in de centra van M87 en de Melkweg. Ze onthulden een heldere ring van heet gas die rond een cirkelvormig gebied van duisternis cirkelde.

Elk licht dat de waarnemingshorizon passeert – het punt van geen terugkeer van het zwarte gat – raakt voor altijd gevangen en elk licht dat in de buurt komt, wordt omgeleid door de intense zwaartekracht van het zwarte gat. Samen produceren deze effecten een “schaduw” die twee keer zo groot is als de feitelijke waarnemingshorizon van het zwarte gat.

Een nieuwe NASA-animatie toont 10 superzware zwarte gaten die centraal staan ​​in hun gaststelsels, waaronder de Melkweg en M87, gemeten aan de hand van de grootte van hun schaduwen. Beginnend in de buurt van de zon, gaat de camera gestaag achteruit om grotere zwarte gaten te vergelijken met verschillende structuren in ons zonnestelsel.

De eerste hiervan is 1601+3113, een dwergstelsel met een zwart gat gevuld met de massa van 100.000 zonnen. Materie is zo compact dat de schaduw van het zwarte gat kleiner is dan onze zon.

Het zwarte gat in het hart van ons melkwegstelsel, genaamd Sagittarius A* (uitgesproken als ay-star), heeft het gewicht van 4,3 miljoen zonnen, gebaseerd op het langdurig volgen van sterren in een baan eromheen. Zijn schaduw is ongeveer de helft van de diameter van de baan van Mercurius in ons zonnestelsel.

De animatie toont twee monsterlijke zwarte gaten in het sterrenstelsel dat bekend staat als NGC 7727. Het ene bevindt zich op ongeveer 1600 lichtjaar afstand en weegt 6 miljoen zonsmassa’s en het andere meer dan 150 miljoen zonnen. Astronomen zeggen dat het paar binnen de komende 250 miljoen jaar zal fuseren.

“Sinds 2015 hebben zwaartekrachtgolfobservatoria op aarde samensmeltingen van zwarte gaten met enkele tientallen zonsmassa’s gedetecteerd dankzij de kleine rimpelingen in de ruimte-tijd die deze gebeurtenissen produceren”, zei astrofysicus Ira Thorpe, Goddard. “De fusie van superzware zwarte gaten zal golven met veel lagere frequenties produceren die kunnen worden gedetecteerd met ruimteobservatoria die miljoenen keren groter zijn dan hun tegenhangers op aarde.”

Daarom werkt NASA samen met de European Space Agency (ESA) aan de ontwikkeling van hun LISA-missie, de Laser Interferometer Space Antenna, die naar verwachting ergens in het komende decennium zal worden gelanceerd. LISA zal bestaan ​​uit een constellatie van drie ruimtevaartuigen in een driehoek die laserstralen heen en weer schieten over miljoenen mijlen om hun afstand nauwkeurig te meten. Dit zal de detectie mogelijk maken van voorbijgaande zwaartekrachtgolven van samensmeltingen van zwarte gaten met massa’s tot een paar honderd miljoen zonnen. Astronomen onderzoeken andere detectietechnieken voor grotere fusies.

Op de grotere schaal van de animatie ligt het zwarte gat van M87, met een bijgewerkte massa van 5,4 miljard zonnen. Zijn schaduw is zo groot dat zelfs een lichtstraal – die met een snelheid van 670 miljoen mijl per uur (1 miljard kilometer per uur) reist – er ongeveer tweeënhalve dag over zou doen.

De film eindigt met TON 618, een van de weinige extreem verre superzware zwarte gaten waarvan astronomen directe metingen hebben. Deze reus bevat meer dan 60 miljard zonsmassa’s en heeft schaduwen die zo groot zijn dat een lichtstraal er weken over kan doen.