Deze planeten lijken mogelijk op Pluto: rotsachtig en ijzig, maar vele malen groter.

Niet alleen rond sterren zien planeten mogelijk het levenslicht. Ze zouden net zo goed rond een zwart gat geboren kunnen worden. Dat stellen onderzoekers in een nieuwe studie gepubliceerd in Astrophysical Journal. “Onder de juiste omstandigheden zouden planeten zelfs in ruige omgevingen zoals rond een zwart gat kunnen ontstaan,” aldus onderzoeker Keiichi Wada.

Onstuimig
Het is een vrij merkwaardige theorie. Want wie denkt aan een zwart gat, denkt niet gelijk aan een vredelievend fenomeen waaromheen planeten kunnen gedijen. Ze hebben juist een dodelijke reputatie en staan bekend als onstuimige verschijnselen die sterren en materie in stukken scheuren en opeten. Toch bewijzen onderzoekers nu het tegendeel en suggereren dat een superzwaar zwart gat mogelijk duizenden planeten kan herbergen.


Het ontstaan van planeten
Om dit te begrijpen, moeten we eerst ingaan op hoe een planeet rond een ster geboren wordt. De meeste planeten ontstaan wanneer een moleculaire wolk instort, waardoor een jonge ster ontstaat. Het systeem begint steeds een beetje sneller draaien en er ontstaat een afgeplatte schijf rondom de jonge protoster; de protoplanetaire schijf. In de miljoenen jaren die volgen botsen deeltjes in de schijf tegen elkaar, waardoor deze deeltjes samenklonteren tot steeds grotere objecten. En zo zien planeten het levenslicht (zie ook de afbeelding hieronder).

Illustratie van de eerste stappen van het ontstaan van planeten. Linksboven: een protoplanetaire schijf bestaande uit gas en stofdeeltjes. Onder: deze deeltjes klonteren samen tot steeds grote agglomeraten. Rechtsboven: uiteindelijk leidt dit tot planeten rondom een jonge ster. Afbeelding: Daria Dall’Olio.

Protoplanetaire schijf
Jonge sterren beschikken dus over zo’n protoplanetaire schijf. Maar zij zijn niet de enige. Supermassieve zwarte gaten hebben namelijk ook grote hoeveelheden materie om zich heen in de vorm van een zware, dichte schijf. Zo’n schijf kan wel honderdduizend maal de massa van de zon aan stof bevatten. Ter vergelijking; dat is een miljard keer de stofmassa van een protoplanetaire schijf. Toch hebben beide schijven ook overeenkomsten. “Beide schijven zijn vergelijkbaar in die zin dat ze beide gas- en stofkorrels hebben en rond een massief object roteren,” vertelt Wada aan Scientias.nl. Bovendien kunnen er – in theorie – in beide schijven planeten worden gevormd. Een stofschijf rond een zwart gat is namelijk zo dicht, dat intense straling geblokkeerd wordt. Hierdoor ontstaan er bepaalde gebieden waar de temperatuur laag is. En in deze gebieden, op ongeveer tien lichtjaar afstand van een superzwaar zwart gat, zouden zomaar tienduizenden planeten uit die immense hoeveelheid stof geboren kunnen worden.

Kromming van ruimtetijd
Zwarte gaten kunnen behoorlijk wat vreemde fratsen uithalen. Diep binnenin een zwart gat houdt de beschrijving van ruimte en tijd volgens de relativiteitstheorie op, en vinden we een zogeheten singulariteit. Ook op de rand van een zwart gat zijn er overigens al vreemde dingen met ruimte en tijd aan de hand: zo lijkt de tijd daar bijvoorbeeld stil te staan. Als je in zo’n zwart gat valt, merk je daar eigenlijk niks van en tikt je horloge nog steeds met 1 seconde per seconde. Maar als je van een afstand kijkt, lijkt de klok van degene die in het zwarte gat valt trager te gaan en uiteindelijk zelfs stil te komen staan. Dit is het resultaat van een kromming of draaiing van de ruimtetijd, wederom veroorzaakt door die enorme materiedichtheid. Planeten rondom een zwart gat zullen hier echter waarschijnlijk niets van merken. “het effect van de algemene relativiteitstheorie zou in de regio te verwaarlozen zijn,” betoogt Wada.

Hoe zien die planeten eruit?
De planeten die rond deze zwarte gaten cirkelen lijken echter niet zozeer op de aarde. “Ze hebben mogelijk iets weg van Pluto: rotsachtig en ijzig, maar vele malen groter,” legt Wada desgevraagd uit. “Onze berekeningen laten zien dat ze wel tien keer de massa van de aarde kunnen hebben.” Ook zouden sommige planeten rond zwarte gaten op gasreuzen zoals Neptunus kunnen lijken. De onderzoekers verwachten niet dat er leven op deze planeten mogelijk is. “We denken niet dat er water op deze planeten bestaat, daarvoor is de temperatuur te laag,” zegt Wada. “Ook is er geen sterrenlicht, dus wat dat betreft zou leven zoals wij dat kennen daar niet zo goed kunnen gedijen. We vermoeden echter dat sterke röntgenstraling en infraroodlicht het oppervlak wel kunnen bereiken. En dit betekent dat er wellicht andere vormen van leven mogelijk zijn.”


Artistieke impressie van planeten rond een supermassief zwart gat. Afbeelding: Kagoshima University

Zwarte gaten
Niet alle zwarte gaten zijn goede gegadigden voor het herbergen van planeten. “Relatief kleine zwarte gaten – van 10 ^ 6 zonmassa’s – maken de meeste kans,” aldus Wada. Maar zou bijvoorbeeld ook het superzware zwarte gat in het midden van onze Melkweg planeten hebben? “Het zou kunnen,” zegt Wada, “hoewel Sagittarius A* momenteel niet omgeven is door zo’n stoffige schijf. Het zou echter logisch zijn dat dit zwarte gat in het verleden wel omringd was door een dichte gas- en stofschijf.” En dus zou Sagittarius A* best weleens planeten kunnen herbergen. Of een planeet rond een zwart gat een lang leven beschoren is, weten de onderzoekers niet. “In een vervolgstudie zijn we van plan om de evolutie van zo’n planetair systeem op lange termijn te onderzoeken.”

Op dit moment beschikken we (nog) niet over de juiste technieken en instrumenten om planeten rond zwarte gaten te detecteren. Maar mogelijk gaat dat in de nabije toekomst veranderen. “We zijn nu aan het kijken wat we nodig hebben,” vertelt Wada. “We denken dat een röntgen-interferometer nuttig kan zijn. Gravitationele microlensing – waarbij het licht van een ver object afgebogen wordt door de zwaartekracht van een object – is een andere mogelijkheid.” De onderzoeker verwacht dat we over honderd jaar wel een planeet rond een zwart gat hebben ontdekt. En misschien al wel eerder… “Technologie verbetert zich in rap tempo,” zegt hij. “Wat dat betreft hoop ik dat iemand er al eentje over dertig of vijftig jaar heeft gevonden.”