ESO - L. Calçada

Dichtstbijzijnde zwarte gat in de ruimte blijkt geen zwart gat, maar geval van "stellair vampirisme"

Het "meest nabije" zwarte gat in het stersysteem HR 6819 waarvan de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in mei vorig jaar melding maakte, blijkt nu toch geen zwart gat te zijn. Dat melden KU Leuven en ook de ESO zelf in een persbericht. Het maakt HR 6819 er niet minder boeiend op: het zou een vorm van "stellair vampirisme" vertonen waarbij één ster de atmosfeer van zijn metgezel heeft weggezogen.  

Het stersysteem HR 6819 fascineert internationale onderzoekers al langer. Vorig jaar kwam de ESO met de melding dat ze met een krachtige telescoop in Chili een nieuw zwart gat hadden ontdekt, en niet zomaar een. Het zou zich op amper 1.000 lichtjaar van de aarde bevinden en daarmee het dichtstbijzijnde zwarte gat zijn. 

Het was begonnen met een onderzoek naar dubbelstersystemen. Naast twee sterren, bleek HR 6819 ook een derde, onbekend object te bevatten: een zwart gat, was de conclusie. De ontdekking van de ESO werd evenwel kritisch onthaald door collega's. “Het is niet alleen normaal, maar ook nodig dat resultaten kritisch worden bekeken”, zei de Chileense ESO-astronoom Thomas Rivinius daar toen over. “Zeker als het de krantenkoppen haalt.”

Een internationaal team met onder meer onderzoekers van KU Leuven ging er verder mee aan de slag. 

Nu komt die ploeg - samen met onderzoekers van ESO zelf overigens - dus tot een nieuwe conclusie, zo staat te lezen in een studie die vandaag in het gespecialiseerde magazine Astronomy & Astrophysics is verschenen: geen zwart gat, maar "een dubbelster die zich in een zeldzame en kortstondige evolutiefase bevindt". 

In 40 dagen rond een zwart gat

Rivinius en zijn collega’s waren ervan overtuigd dat de beste verklaring voor hun gegevens - die ze met de 2,2 meter grote MPG/ESO-telescoop hadden verkregen - was dat HR 6819 een drievoudig stersysteem is, bestaande uit een ster die in 40 dagen om een zwart gat draait en een tweede ster in een veel ruimere omloopbaan daaromheen.

Maar onderzoek onder leiding van Julia Bodensteiner, destijds doctoraalstudent aan de KU Leuven, stelde op basis van dezelfde gegevens een andere verklaring voor: HR 6819 zou ook een systeem zónder zwart gat kunnen zijn, bestaande uit slechts twee sterren die in 40 dagen om elkaar draaien. Dit alternatieve scenario zou vereisen dat één van de sterren ‘ontmanteld’ is, wat betekent dat hij in het recente verleden een groot deel van zijn massa aan de andere ster is kwijtgeraakt.

We hadden de grens van de bestaande gegevens bereikt, dus we moesten nieuwe strategieën toepassen

Abigail Frost, KU Leuven

Twee lichtbronnen, maar dan?

“De scenario’s waarnaar we op zoek waren, waren vrij duidelijk, zeer verschillend en met het juiste instrument gemakkelijk van elkaar te onderscheiden,” vertelt Rivinius, “We waren het erover eens dat het systeem twee lichtbronnen bevat, dus de vraag was of ze dicht om elkaar heen draaien, zoals in het scenario met de ontmantelde ster, of ver van elkaar verwijderd zijn, zoals in het scenario met het zwarte gat.”

Om onderscheid te kunnen maken tussen de beide hypothesen, gebruikten de astronomen zowel het GRAVITY-instrument van de VLTI als de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van ESO’s VLT.

Onderzoekers moesten twee hypothesen onderzoeken

“MUSE bevestigde dat er geen heldere begeleider in een wijdere omloopbaan te vinden is, terwijl de hoge ruimtelijke resolutie van GRAVITY in staat was om twee heldere bronnen te onderscheiden die slechts 1/3e  van de zon-aarde-afstand van elkaar verwijderd zijn,” zegt Frost. “Deze gegevens bleken het laatste stukje van de puzzel te zijn, en brachten ons tot de conclusie dat HR 6819 een dubbelster is zonder zwart gat.” 

Stellair vampirisme

“Voor zover we nu weten, hebben we hier te maken met een stersysteem waarin de ene ster de atmosfeer van zijn metgezel heeft ‘weggezogen’. Dit is een veelvoorkomend verschijnsel in compacte dubbelsterren, dat ook wel stellair vampirisme wordt genoemd,” aldus Bodensteiner. “Terwijl de donorster een deel van zijn materiaal kwijtraakte, is de ontvangende ster sneller gaan draaien.”

“De kans dat je getuige bent van de nasleep van zo’n interactie is extreem klein, omdat deze zo kort duurt,” voegt Frost toe. Die "korte duur" is in deze evenwel  relatief: "Voor de mens is het eigenlijk heel groot: ongeveer 30 miljoen jaar", vertelt Frost aan VRT NWS. "Maar voor individuele sterren is dit nogal kort."

De ene ster heeft de andere niet helemaal opgegeten, maar enkel de buitenste lagen afgezogen waardoor er meer van de kern onthuld wordt

Abigail Frost, KU Leuven

In dit geval heeft de ster zijn compagnon overigens niet helemaal 'gegeten', preciseert Frost: "Hij heeft slechts zijn buitenste lagen 'afgezogen', waardoor meer van zijn kern wordt onthuld. Sommige sterren kunnen echter tijdens een interactie volledig versmelten, waardoor ze een nieuwe, geheel andere soort ster vormen."

“Dat maakt onze conclusies over HR 6819 ook zo interessant: het is een perfecte kandidaat om te onderzoeken hoe dit vampirisme de evolutie van zware sterren, en daarmee gepaard gaande verschijnselen zoals zwaartekrachtgolven en hevige supernova-explosies, beïnvloedt.”

HR 6819 beter begrijpen

Het nieuwe gezamenlijke Leuven-ESO-team is nu van plan om HR 6819 van dichterbij te volgen met behulp van het GRAVITY-instrument van de VLTI. De onderzoekers zullen het stersysteem gezamenlijk onderzoeken om de evolutie ervan beter te leren begrijpen, en die kennis gebruiken om meer te weten te komen over andere dubbelstersystemen.

Alleen al in ons melkwegstelsel moeten er nog tientallen tot honderden miljoenen zwarte gaten zijn

Onderzoeker Dietrich Baade

Wat de zoektocht naar zwarte gaten betreft, blijft het team optimistisch. “Zwarte gaten van stellaire massa blijven door hun aard erg ongrijpbaar,” zegt Rivinius. “Maar ruwe schattingen wijzen erop dat er alleen al in ons melkwegstelsel tientallen tot honderden miljoenen zwarte gaten moeten zijn,” stelt Baade. Er volgen dus nog boeiende tijden voor de astronomie.

Zwarte gaten? 

Er bestaan verschillende soorten zwarte gaten, waarvan de belangrijkste stellaire en superzware zwarte gaten zijn. Stellaire zwarte gaten zijn, zoals hun naam al zegt, ontstaan uit een ster (Latijn: stella). Meer bepaald uit een zware ster, die op het einde van haar leven, als haar "brandstof" is opgeraakt, een hyper- of supernova is geworden. Daarbij is de kern in elkaar geklapt tot een zwart gat. Stellaire zwarte gaten hebben een massa van 5 tot 100 keer de massa van onze zon.

Maar er zijn ook superzware zwarte gaten. Die hebben een massa van minstens 5.000 keer de zonnemassa tot vele miljoenen keer de massa van de zon. Ze worden gevonden in het centrum van sterrenstelsels.

In het centrum van een zwart gat bevindt zich de zogenoemde singulariteit, een punt zonder dimensies met een oneindige dichtheid en een oneindig klein volume. De zwaartekracht is hier zo sterk dat de ruimtetijd oneindig  gekromd is.

Op enige afstand van de singulariteit ligt de waarnemingshorizon, de "event horizon", waaruit niets kan ontsnappen zodat men ook niet kan waarnemen wat er zich achter afspeelt. De waarnemingshorizon vormt het "point of no return", alles wat er voorbij wordt gezogen door de zwaartekracht, kan er niet meer uit ontsnappen, zelfs licht niet. Vandaar dat een zwart gat zwart is, het zendt geen enkele vorm van elektromagnetische straling uit, en ook geen licht dus. 

Meest gelezen