Voorstelling van een wolk waterstofgas die uitgerekt wordt door Sagittarius A* en mogelijk tot de opflakkering kan hebben geleid. M. Schartmann and L. Calcada/ European Southern Observatory and Max-Planck-Institut fur Extraterrestrische Physik

Zwart gat in centrum Melkweg kent opflakkering en wordt 75 keer helderder gedurende een paar uur

In het centrum van onze Melkweg ligt een zwart gat met een massa van 4,6 miljoen keer die van onze zon. Het zwarte gat, Sagittarius A*, ligt op 26.000 lichtjaar van ons, een boogscheut naar astrononomische maatstaven, en ondanks het feit dat het grotendeels schuil gaat achter stof, wordt het, als dichtstbijzijnde zwarte gat, veel geobserveerd. Doorgaans houdt het zich tamelijk rustig, maar nu hebben onderzoekers die Sagittarius A* observeerden met de Keck Telescoop in Hawaï, evenwel vastgesteld dat het zwarte gat een opflakkering heeft gekend: gedurende enkele uren werd het tot 75 keer helderder dan normaal. 

De opflakkering van de helderheid van Sagittarius A* was niet zichtbaar in optisch licht, het licht dat onze ogen kunnen waarnemen, maar wel in het nabij infrarood. Dat is het deel van het infrarode spectrum dat het dichtst bij optisch licht aansluit. 

Zwarte gaten zelf zenden geen straling uit die wij kunnen waarnemen, maar de gigantische zwaartekracht van de gaten zorgt voor een enorme wrijving bij alles wat in de buurt komt. Dat zorgt voor verhitting en die leidt op haar beurt tot straling, die we in dit geval kunnen waarnemen als infrarode straling. 

Astronomen observeren Sgr. A* al 20 jaar lang, en hoewel het zwarte gat wel vaker opflakkeringen vertoont, is deze opflakkering van 75 keer de normale helderheid, meer dan twee keer zo helder als het vorige maximum dat tot nu toe is waargenomen.

Het team observeerde Sgr. A* gedurende vier nachten in april en mei en zag het zwarte gat 75 keer helderder schijnen gedurende twee uur op 13 mei van dit jaar. Opgemerkt moet daarbij worden dat die 75 keer, het maximum, geobserveerd werd op het eerste beeld van de Keck telescoop, aan het begin van de waarnemingen, en dat Sgr. A* dus zelfs nog helderder kan hebben geschenen voor de astronomen het zwarte gat begonnen te observeren. 

Astronoom Tuan Do van de University of California Los Angeles, de belangrijkste auteur van de studie over het fenomeen, dacht eerst dat hij te maken had met een ster die SO-2 genoemd wordt, in plaats van Sgr. A*. SO-2 maakt deel uit van een groep van sterren die S-sterren genoemd worden, en die in een baan rond Sgr. A* draaien die hen dicht bij het zwarte gat brengt. 

In een interview met ScienceAlert zei Do: "Het zwarte gat was zo helder dat ik het in begin verkeerdelijk hield voor de ster SO-2, aangezien ik Sgr. A* nog nooit zo helder had gezien. In de loop van de volgende paar beelden werd het evenwel duidelijk dat de bron variabel was en wel het zwarte gat moest zijn. Ik wist bijna onmiddellijk dat er waarschijnlijk iets interessants aan de gang was met het zwarte gat."

De vraag is: wat heeft Sgr. A* zo laten oplichten? 

Vier beelden uit de studie over de opflakkering. Gedurende zo'n twee uur, werd Sgr. A* 75 keer helderder dan normaal, en twee keer zo helder als de vorige piek. Do et al; Astrophysical Journal Letters 2019

Wat heeft de opflakkering veroorzaakt?

Momenteel zijn de astronomen nog niet zeker over de oorzaak van de mysterieuze opflakkering van Sgr. A*, die overigens niet alleen een nieuwe maximale helderheid vertoonde. Op twee nachten in mei zagen de astronomen ook een grote terugval in de helderheid die in slechts enkele minuten plaatsvond. 

De astronomen hebben wel een aantal mogelijke verklaringen voor de opflakkering. 

De eerste is niet echt een verklaring: er zou een onjuistheid kunnen zitten in de statistische modellen die gebruikt worden om het zwarte gat te analyseren. Met andere woorden, de variatie in de helderheid die twee keer zo groot was als het vorige maximum, zou normaal kunnen zijn voor Sgr. A*, en dus opgenomen moeten worden in het model. 

Een tweede mogelijkheid is dat er iets veranderd is in de omgeving van het zwarte gat, en dat dat de opflakkering veroorzaakt heeft. 

Hiervoor zijn er twee kandidaten: de eerder genoemde ster SO-2 en een gaswolk genaamd G2. Er zijn twee van de zogenoemde S-sterren die in een elliptische baan zeer dicht bij Sgr. A* komen, en SO-2 is daar een van. SO-2 doet 16 jaar over een omloop rond het zwarte gat, en komt dan ook elke 16 jaar op haar dichtste punt bij Sgr. A*. De laatste keer dat dat gebeurd is, was in het midden van 2018. 

Toen was er niets speciaals te merken aan het zwarte gat, maar mogelijk heeft de 'flyby' van SO-2 de manier verstoord waarop materiaal uit de buurt in Sgr. A* wordt getrokken. Dat zou dan zowat een jaar later geleid kunnen hebben tot het vreemde gedrag van Sgr. A*. 

Zeker is dat evenwel niet, aangezien SO-2 geen erg grote ster is. Het lijkt onwaarschijnlijk dat een eerder kleine ster de omgeving van het zwarte gat zodanig zou kunnen veranderen dat deze opflakkering er een gevolg van is. En ook de andere S-sterren die dicht in de buurt van Sgr. A* komen, lijken geen erg waarschijnlijke kandidaten, vermits die nog kleiner zijn dan SO-2. 

De S-sterren zijn sterren die in een baan rond het zwarte gat in het centrum van de Melkweg draaien. SO-2 (hier S2) kwam in mei vorig jaar het dichtst bij het zwarte gat. Cmglee/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Een wolk waterstofgas

Een andere mogelijkheid is een gaswolk die door Sgr. A* wordt opgeslokt.

Een mogelijke gaswolk die in 2002 voor het eerst werd opgemerkt, leek het centrum van Sgr. A* te naderen.  In  2012 waren onderzoekers er zo goed als zeker van dat het inderdaad om een wolk waterstofgas ging en ze noemden haar G2. Ze hadden berekend dat haar vermoedelijke baan de wolk in 2013 zo dicht bij het zwarte gat zou brengen, dat de enorme zwaartekracht van Sgr. A* de wolk zou uiteen scheuren en dat gas van G2 dan in de accretieschijf van Sgr. A* getrokken zou worden. Dat gas zou dan helder oplichten als het verhit zou worden, maar in 2013 gebeurde er niets. 

De onderzoekers willen echter niet uitsluiten dat de gaswolk door zo dicht te naderen bij het zwarte gat, indirect toch de recente opflakkering veroorzaakt zou kunnen hebben. 

Een simulatie van een gaswolk die uiteengerukt wordt door Sgr. A*, gemaakt door het ESO, het European Southern Observatory. Observaties met de Very Large Telescope van de ESO hebben aangetoond dat de wolk zodanig uitgerekt is door de enorme zwaartekacht van het zwarte gat, dat het voorste deel van de wolk al voorbij het zwarte gat is, en zich er weg van beweegt tegen 10 miljoen km/u, terwijl de staart van de wolk nog steeds naar het zwarte gat aan het vallen is. 

Klonterig

Het ligt in de lijn van de verwachtingen dat het materiaal dat naar Sgr. A* gezogen wordt, 'klonterig' is, en dan kunnen variaties in de helderheid van het zwarte gat het normale gevolg daarvan zijn: als er een grote 'klont' naar binnen gaat, verhoogt de helderheid, is de spoeling dunner en wordt Sgr. A* minder helder. 

Als dat inderdaad zo is, zijn we opnieuw bij de eerste verklaring aanbeland: we moeten het statistisch model aanpassen dat gebruikt wordt om de veranderlijkheid van het zwarte gat te verklaren, en deze grotere variaties er in opnemen. 

De enige manier om uitsluitsel te krijgen over de juiste oorzaak, is meer gegevens verkrijgen. De afgelopen maanden was het centrum van de Melkweg 's nachts zichtbaar, en de Spitzer, Chandra, Swift en ALMA-telescopen hebben het dan ook geobserveerd in verschillende golflengten, onder meer in röntgenstraling. Als die waarnemingen beschikbaar worden gemaakt, zullen ze misschien meer duidelijkheid brengen over de mysterieuze opflakkering.

De studie over de opflakkering van Sgr. A* is aanvaard voor publicatie in Astrophysical Journal Letters en is beschikbaar op de site arXiv.org. Dit artikel is deels gebaseerd op een bericht van de nieuwssite Universe Today.