Het is een eerste glimp van de nog altijd mysterieuze achterzijde van deze extreme objecten.

Zwarte gaten zijn bizarre, raadselachtige objecten. Dankzij de eerste foto van een zwart gat – of nauwkeuriger gezegd: de schaduw van de waarnemingshorizon – kregen we een beetje een idee van hoe dergelijke objecten eruitzien. Maar de achterkant is nog altijd een mysterie. Nu hebben onderzoekers een glimp van de achterzijde van een zwart gat opgevangen. En wel dankzij de detectie van straling.

Corona
Oorspronkelijk onderzochten de astronomen een andere mysterieuze eigenschap van zwarte gaten: de corona. Als kosmisch gas richting een superzwaar zwart gat valt, vormt het namelijk een zogenoemde corona rondom het zwarte gat, waarbij het röntgenstraling uitzendt. Dit röntgenlicht kan worden bestudeerd om een zwart gat te karakteriseren en in kaart te brengen.

Het gas binnen een corona wordt laaiend heet; zo kan het wel miljoenen graden Celsius worden. Dit is voldoende om elektronen van atomen te scheiden, zodat er een gemagnetiseerd plasma ontstaat. De magnetische veldlijnen zitten gevangen in de krachtige rotatie van het zwarte gat, waardoor ze zodanig opgewonden en verstrikt raken dat ze uiteindelijk breken. Dit proces is zo vergelijkbaar met wat er rondom onze zon gebeurt, dat het dezelfde naam heeft gekregen: corona.

In de studie bestudeerden de onderzoekers met behulp van de telescopen NuSTAR (NASA) en XMM- Newton (ESA) een zwart gat dat zich in het centrum van het sterrenstelsel I Zwicky 1 ophoudt, zo’n 800 miljoen lichtjaar hier vandaan. “Dit zwarte gat is heel vergelijkbaar met andere actieve superzware zwarte gaten die je in het centrum van melkwegstelsels vindt,” vertelt Elisa Costantini in een interview met Scientias.nl. Het zwarte gat was lustig röntgenstraling aan het rondstrooien toen het team ineens een interessant patroon opviel. Ze zagen een reeks röntgenflitsen. Spannend, maar niet ongehoord. Totdat de telescoop ineens wél iets onverwachts opmerkte; een stel röntgenflitsen die zwakker, later en van een andere golflengte waren.

Achterkant
Het team kwam tot een interessante ontdekking. Deze zwakkere flitsen blijken namelijk dezelfde flitsen te zijn, maar dan afkomstig van de achterkant van het zwarte gat. Deze straling komt oorspronkelijk uit de corona rondom het zwarte gat, als röntgenstraling. Ze worden als het ware als echo teruggekaatst op de accretieschijf rond het zwarte gat. En dat betekent dat onderzoekers nu voor het eerst een glimp hebben opgevangen van de achterkant van dergelijke extreme objecten. “Hoewel we eraan gewend zijn dat accretieschijven vaak flitsen uitzenden en grillig gedrag vertonen, was dit de eerste keer dat we er een paar van konden gebruiken om de achterkant van het zwarte gatsysteem op te sporen,” aldus Costantini.

Afbeelding: ESA/Poletti

Dankzij de studie breiden we ons begrip over nog altijd raadselachtige zwarte gaten verder uit. “We kunnen met onze röntgencamera’s nog geen gedetailleerde foto van een zwart gat en zijn directe omgeving maken,” zegt Costantini. “Maar, we weten vanuit de relativiteitstheorie van Einstein dat licht rond een zwart gat afgebogen wordt. Op die manier bereikt het licht dat achter het zwarte gat wordt uitgezonden toch onze telescoop. Deze waarneming bevestigt op een nieuwe manier de theorie over hoe licht zich gedraagt in een heel sterk zwaartekrachtsveld.”

Accretieschijven
Volgens Costantini zou de studie een nieuw hoofdstuk kunnen inluiden voor onderzoek naar accretieschijven. “Accretieschijven rond superzware zwarte gaten hebben een bijzonder temperament,” vertelt ze. “Ze kunnen zowel een paar seconden of een paar jaar opvlammen, maar ook ineens weer afzwakken. Vaak is daar geen goede verklaring voor. Met deze studie hebben we laten zien dat deze vlammen – met behulp van modellen en aannames – informatie bevatten over de vorm en structuur van de schijf rondom het zwarte gat. We gaan deze vlammen vanaf nu met een nieuwe blik bekijken.”

Met behulp van de toekomstige Athena-röntgentelescoop, die in 2031 wordt gelanceerd, hopen onderzoekers de corona’s rond zwarte gaten in nog meer detail te kunnen bestuderen. En verder is het wachten op nog vernuftigere telescopen. “Hopelijk komt er in de toekomst een nieuwe röntgentelescoop die wel foto’s van de schijf rond een zwart gat kan maken,” zegt Costantini. “Daarmee zouden we definitief de theoretische voorspellingen kunnen bevestigen (of ontkrachten).”

Wist je dat…

…onderzoekers onlangs voor het eerst magnetische velden rondom een zwart gat in beeld hebben gebracht? Op de afbeeldingen is te zien hoe het zwarte gat er in gepolariseerd licht uitziet. Bekijk het hier!