Voorstelling van een superzwaar zwart gat dat een ster opslokt en een 'jet' van deeltjes uitspuwt.
ESO/M. Kornmesser/Creative Commons Attribution 4.0 International License

Stagiairs ontdekken dat een zwart gat tientallen jaren geleden een ster opslokte

Twee teams van astronomen, een van Caltech en een van de University of Toronto, hebben ontdekt dat een superzwaar zwart gat tientallen jaren geleden een ster heeft opgeslokt. Dat was tot nu toe onopgemerkt gebleven. De bal ging aan het rollen toen twee stagiairs uit de middelbare school oude gegevens van radiotelescopen aan het uitkammen waren en iets vreemds ontdekten, namelijk een object dat in de jaren 80 erg helder was maar tegen 2017 enorm verflauwd was. 

Elk sterrenstelsel, ook onze Melkweg, heeft in zijn centrum een superzwaar zwart gat waarvan de zwaartekracht de sterren errond beïnvloedt. Over het algemeen volgen de sterren hun baan rond het zwart gat zonder incidenten, maar soms komt een ster iets te dicht en dan zal het zwart gat haar opslokken in een proces dat astrofysici 'spaghettificatie' of het 'noedeleffect' noemen. 

"De zwaartekracht rond het zwarte gat zal deze ongelukkige sterren uit elkaar rukken, waardoor ze in dunne stroompjes gewrongen worden en in het zwarte gat vallen", zei Vikram Ravi. "Dit is een erg rommelig proces, de sterren verdwijnen niet stilletjes." 

Ravi is een assistent-professor aan Caltech (California Institute of Technology) en de eerste auteur van de studie over de ontdekking. 

Terwijl de sterren verslonden worden, draaien hun overblijfselen rond het zwarte gat en geven ze licht af van verschillend frequenties, wat door telescopen kan worden waargenomen. In sommige gevallen worden stellaire overblijfselen uitgestoten in krachtige 'jets' die radiogolven uitsturen. 

Een dergelijke gebeurtenis, waarbij een zwart gat een ster opslokt, wordt ook een 'tidal disruption event' (TDE) genoemd, een getijdenverstoringsgebeurtenis.  

Voorstelling van de spaghettificatie van een onfortuinlijke astronaut die te dicht bij een zwart gat is gekomen. Door de enorme zwaartekracht wordt hij uitgerekt en dat gaat het snelst en het hevigst aan de delen die het dichtst bij het zwarte gat liggen.
Cosmocurio/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Tweede TDE die ontdekt is met radiogolven

Ravi en zijn team hebben nu iets ontdekt dat een van die TDE's lijkt te zijn, aan de hand van archieven van waarnemingen met radiotelecopen. 

Dat is uitzonderlijk, want van de ruwweg 100 TDE's die tot nu ontdekt zijn, is dit nog maar de tweede kandidaat die gevonden is door gebruik te maken van radiogolven. De eerste werd in 2020 gevonden door Marin Anderson, een postdoctoraal onderzoeker aan het Jet Propulsion Laboratory (JPL), dat voor de NASA beheerd wordt door Caltech. 

"TDE's worden voornamelijk ontdekt in optisch en röntgenlicht, maar mogelijk missen deze methoden sommige TDE's, zoals TDE's die begraven zijn in stof", zei Ravi. "Deze studie toont het vermogen aan van onderzoeken naar radiostraling om TDE's te ontdekken."

De zelfde, pas ontdekte TDE was ook opgemerkt door astronomen aan de University of Toronto en dus vormden de onderzoekers een team om hun bevindingen samen te publiceren.

"Een nooit geziene hoeveelheid radiowaarnemingen is nu beschikbaar aan het worden, en dat plaatst ons in een goede positie om veel meer bronnen [van radiostraling] zoals deze te ontdekken", zei mede-auteur Hannah Dykaar van de University of Toronto. "Wat interessant is, is dat geen van de twee met radiogolven ontdekte kandidaten gevonden zijn in het soort sterrenstelsel dat het meest populair is voor TDE's. Als we meer van deze radio-TDE's vinden, kan dat ons helpen openstaande mysteries op te lossen over in welke soorten sterrenstelsel ze voorkomen en hoeveel er zijn in het universum."   

Een deel van de schotelantennes van de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), een grote radiotelescoop in de Amerikaanse staat New Mexico.
CGP Grey/Wikimedia Commons/CC BY-SA 2.0

Opmerkzame stagiairs

De nieuwe TDE-gebeurtenis, die J1533+2727 werd genoemd, werd voor het eerst opgemerkt door het team van Ravi nadat twee stagiairs uit een middelbare school uit Cambridge in Massachusetts door tientallen jaren aan radiogegevens gegaan waren, gegevens die verzameld waren met de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO).  

De studenten, Ginevra Zaccagnini en Jackson Codd, werkten met Ravi van 2018 tot 2019 en door radiowaarnemingen die jaren uit elkaar genomen waren te vergelijken, ontdekten ze dat een object, J1533+2727, tamelijk helder was in het midden van de jaren 90 maar dat het enorm verflauwd was tegen 2017. 

Zoals rechercheurs die nieuwe sporen blootleggen in een oude zaak, doorzochten ze dan de archieven van de Green Bank 300-foot-telescoop van de NRAO en ze ontdekten dat het object zelfs nog helderder was in 1986 en 1987 (de Green Bank-telescoop stortte in elkaar in 1988). Sinds zijn hoogtepunt in het midden van de jaren 80, was de helderheid van J1533+2727 verminderd met een factor 500. 

Al de aanwijzingen samen, waaronder ook nieuwe waarnemingen met de VLA, maken dat de onderzoekers denken dat de nieuwe TDE plaatsgevonden heeft toen een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel 500 miljoen lichtjaar ver, een ster verpletterd heeft en vervolgens een jet heeft uitgestoten met een snelheid die de snelheid van het licht benadert. 

Dat noemt men een relativistische jet, en tot nu toe zijn er drie andere TDE's geassocieerd met dergelijke jets. Die zijn echter gevonden in sterrenstelsel die meer dan 10 keer verder weg liggen. 

"Dit is de eerste ontdekking van een relativistische TDE-kadidaat in het relatief nabije universum, wat toont dat deze radio-TDE's mogelijk meer voorkomen dan we tot nu dachten", zei Ravi. 

De puinhoop na de instorting van de Green Bank 300-foot-telescoop door het loskomen van een verbindingsplaat. Intussen is de telescoop vervangen door een groter exemplaar, de Robert C. Byrd Green Bank Telescope, de grootste volledige stuurbare radiotelescoop ter wereld.
NRAO/AUI/NSF/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

TDE's als instrument om zwarte gaten te bestuderen

TDE's zijn een waardevol instrument geworden om superzware zwarte gaten te bestuderen. Ze werden voor het eerst theoretisch voorgesteld in de jaren 80 en uiteindelijk voor het eerst ontdekt in de jaren 90. 

Nu er meer dan 100 ontdekt zijn, zijn ze een nieuw middel geworden om te bestuderen wat er, onttrokken aan het zicht, gebeurt rond zwarte gaten. 

De afgestudeerde Caltech-studente Jean Somalwar hoopt meer TDE's die radiogolven uitzenden te vinden met de VLA. Somalwar en haar team hebben onlangs een dergelijke kandidaat gepubliceerd, die ofwel een TDE is of anders een mysterieuze flits van een actief superzwaar zwart gat. 

Daarnaast gebruikt Somalwar, die een nieuw lid is van Ravi's team maar niet meegewerkt heeft aan de huidige studie, gegevens van de Zwicky Transient Facility (ZTF) in het Palomar Observatory van Caltech om meer TDE's te ontdekken die zichtbaar licht uitsturen. De ZTF scant om de twee nachten de nachtelijke hemel in zichtbaar licht en heeft al meer dan 15 van dergelijke TDE's ontdekt.

"TDE's schijnen eigenlijk een flitslamp op deze extreme gebieden in het centrum van sterrenstelsels die we anders niet zouden kunnen zien", zei Somalwar. "Ze zijn zeer krachtige instrumenten geworden de laatste jaren."

Ravi en Somalwar hebben de resultaten van hun studie op 10 januari virtueel voorgesteld op de 239e bijeenkomst van de American Astronomical Society. De studie van de teams van Caltech en de University of Toronto is aanvaard voor publicatie in The Astrophysical Journal en is al te raadplegen op arxiv.org. Dit artikel is gebaseerd op een perstekst van Caltech.

Een ster wordt in een zwart gat gezogen. Materiaal uit de ster cirkelt rond het zwart gat en een deel van het materiaal wordt uitgestoten in een krachtige straal, een relativistische jet.
Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Meest gelezen