Onderzoekers verwachten dat alleen zwaartekrachtsgolven worden voortgebracht in dit soort smashups
Twee zwarte gaten (rechtsonder afgebeeld) hebben mogelijk vuurwerk afgevuurd toen ze samenvloeiden in een gasschijf rond een veel groter zwart gat (linksboven). Onderzoekers zagen naast de zwaartekrachtgolven van de botsing ook een lichtflits.
Ondanks hun duistere reputatie hebben twee zwarte gaten mogelijk een kosmische lichtshow veroorzaakt.
Subtiele zwaartekrachtgerommel van een botsing van twee zwarte gaten kan ongeveer een maand later gepaard zijn gegaan met een lichtflits, melden natuurkundigen op 25 juni in Fysieke beoordelingsbrieven. Het is een verrassende conclusie gezien de neiging van zwarte gaten om licht en materie op te slokken. ‘De normale verwachting was dat ze gewoon samensmelten en dat je alleen maar zwaartekrachtgolven zou detecteren’, zegt astrofysicus Matthew Graham van Caltech.
Maar wetenschappers, niet degenen die op aannames moesten rusten, wilden controleren of die verwachting juist was. Om naar een uitbarsting te zoeken, doorzochten Graham en collega’s gegevens van de Zwicky Transient Facility van het Palomar Observatory in Californië, dat herhaaldelijk de lucht in beeld brengt, op zoek naar kortstondige veranderingen die transiënten worden genoemd. Ze ontdekten dat ongeveer 34 dagen nadat de zwaartekrachtgolven in mei 2019 waren gedetecteerd, een lichtflits verscheen in de buurt van de hemel die de zwaartekrachtgolven hadden vastgesteld. Deze uitbarsting werd geassocieerd met een bekende quasar, een gloeiend hemellichaam dat bestaat uit een gasschijf die een superzwaar zwart gat omringt (SN: 29-3-16). Het gigantische zwarte gat in kwestie heeft een massa van 100 miljoen keer die van de zon.
De onderzoekers suggereren dat de uitbarsting had kunnen worden geproduceerd als twee kleinere zwarte gaten elkaar in de buurt van dat superzware zwarte gat zouden ontmoeten, samenvloeiend in de wervelende gasschijf. Die eenwording zou het resulterende samengevoegde zwarte gat door de schijf kunnen hebben geslingerd, waardoor een schokgolf was ontstaan die het gas verwarmde en een tijdelijke lichtstoot produceerde.
Als de theorie klopt, berekenen de onderzoekers dat de twee kleinere zwarte gaten een totale massa hadden van ongeveer 100 keer die van de zon. Na de fusie zou het resulterende enkele zwarte gat met een snelheid van ongeveer 700.000 kilometer per uur door het gas hebben geploegd voordat het de schijf verliet. In de toekomst zou dat zwarte gat terugzwaaien dankzij de zwaartekracht van de schijf, wat een nieuwe uitbarsting zou veroorzaken eind 2020 of begin 2021. Het spotten van die voorspelde uitbarsting zou de verklaring helpen bevestigen.
Het verband tussen de overstraling en de zwaartekrachtsgolven is niet zeker, zegt astrofysicus Daniel Holz van de University of Chicago, lid van de Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, of LIGO, een van de twee observatoria die de zwaartekrachtsgolven hebben gedetecteerd (SN: 23-6-20).
‘Het probleem is dat de lucht ongelooflijk dynamisch en levendig is. Er exploderen sterren en zwarte gaten boeren en sterren worden uit elkaar gescheurd, ”zegt Holz. Dus de overstraling is misschien gewoon een vreemd toeval. Maar, zegt hij, als het echt is, “het zou een heel nieuw venster geven over hoe zwarte gaten worden gemaakt en leven en sterven”.
LIGO, gevestigd in de Verenigde Staten, en de Advanced Virgo-detector in Italië, hebben veel paren samenvoegende zwarte gaten gezien, maar wetenschappers weten niet hoe de zwarte gaten elkaar vinden (SN: 5/2/19). Eerder werk was bijvoorbeeld gericht op zwarte gaten die elkaar ontmoeten binnen een sterrenhoop (SN: 19-06-16). De mogelijkheid dat ze zouden kunnen paren binnen een accretieschijf is een nieuwere hypothese. ‘Het begon als een soort randidee’, zegt astrofysicus Jillian Bellovary van het Queensborough Community College in New York City, die niet bij het onderzoek betrokken was. Maar ‘het heeft zeker aan populariteit gewonnen in de gemeenschap’.
Als het juist is, zou het resultaat kunnen betekenen dat toekomstige zwaartekrachtsgolfdetecties kunnen helpen bij het ontrafelen van de rommelige, slecht begrepen fysica die zich binnen dergelijke schijven afspeelt, zegt astrofysicus Richard O’Shaughnessy van Rochester Institute of Technology in New York. Dat zou op zijn beurt wetenschappers kunnen helpen begrijpen hoe sterrenstelsels met quasars evolueren terwijl de energie opwaarts wordt opgewekt door een superzwaar zwart gat dat terugkeert in de melkweg. “Het is een gedurfde interpretatie die een nieuwe verbinding opent tussen zwaartekrachtgolven en de nachtelijke hemel.”
