Nog niet eerder is de roterende gasschijf zo duidelijk in beeld gebracht.

Met behulp van het Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben astronomen beelden gemaakt van het centrum van M77, een spiraalstelsel op tientallen miljoenen jaren afstand. Op de beelden is een roterende gas- en stofschijf te zien die rond het supermassieve zwarte gat in het hart van dit sterrenstelsel cirkelt. De beelden zijn uniek; hoewel het bestaan van zo’n roterende ‘donut’ rond een supermassief zwart gat decennia geleden al gesuggereerd werd, is er nog niet eerder zulk overtuigend bewijs voor gevonden.

20 lichtjaar
De ‘donut’ in kwestie is enorm: ALMA onthult dat deze een straal van zo’n 20 lichtjaar heeft. Daarnaast bevestigen de beelden dat deze compacte structuur rond het zwarte gat cirkelt.

Hier zie je de beweging van gas rond het supermassieve zwarte gat. Het gas dat naar ons toe beweegt, heeft een blauwe kleur gekregen. Het gas dat van ons af beweegt, is rood. Afbeelding: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Imanishi et al.

Evolutie
De observaties van deze enorme gas- en stofschijf kunnen meer inzicht geven in de evolutie van sterrenstelsels en hun zwarte gaten. Bijna alle sterrenstelsels herbergen een enorm zwart gat in hun centrum en onderzoek heeft uitgewezen dat er een verband is tussen de massa van een zwart gat en de massa van zijn gastheer: het sterrenstelsel: hoe zwaarder een sterrenstelsel is, hoe zwaarder ook het centrale zwarte gat. Dat klinkt logisch. Maar sterrenstelsels zijn zo’n 10 miljard keer groter dan de zwarte gaten, en dus rijst de vraag hoe twee objecten die zo in grootte verschillen elkaar direct kunnen beïnvloeden. Dat vraagstuk was voor astronomen de reden om een blik op M77 te werpen: een stelsel met een zogenoemde active galactic nucleus (kortweg AGN), wat betekent dat materie richting het centrale zware gat valt en intens licht afgeeft. AGNs kunnen hun omringende omgeving ster beïnvloeden en dus meer inzicht geven in de co-evolutie van sterrenstelsel en zwarte gaten.

Een artistieke impressie van de ‘donut’. Dankzij ALMA is de rotatie ervan nu helder in beeld gebracht. Afbeelding: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO).

“Om verschillende observationele kenmerken van AGNs te kunnen interpreteren, hebben astronomen aangenomen dat er rond actieve supermassieve zwarte gaten roterende donut-achtige structuren te vinden zijn,” legt onderzoeker Masatoshi Imanishi uit. “Maar de donut lijkt heel klein. Met de hoge resolutie vanALMA kunnen we de structuur nu direct waarnemen.”

De observaties leveren ook een verrassing op. Zo is de distributie van het gas rond het supermassieve zwarte gat in M77 een stuk gecompliceerder dan eerdere modellen suggereerden. Het kan erop wijzen dat dit sterrenstelsel een gewelddadig verleden heeft (mogelijk is het met een kleiner sterrenstelsel gefuseerd).