Een internationaal team van sterrenkundigen met daarbij Phil Uttley en Sera Markoff van de Universiteit van Amsterdam heeft met speciale hogesnelheidscamera's een klein, flitsend zwart gat gefilmd in onze Melkweg. Het stellaire zwarte gat voedt zich met materiaal van een nabijgelegen ster en flitst honderden keren per seconde. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.
Het onderzoek, onder leiding van John Paice (University of Southampton), gebruikte de gegevens van twee snelle camera's. De ene camera is het HiPERCAM-instrument op de Gran Telescopio Canarias (La Palma, Canarische Eilanden). Deze camera neemt zichtbaar licht waar. De tweede camera is het NICER-observatorium van NASA aan boord van het internationale ruimtestation ISS. Die camera is speciaal bedoeld voor röntgenlicht. De onderzoekers kunnen met de camera's meer dan driehonderd beelden per seconde maken in vijf golflengtegebieden.
Zeven zonnen zwaar
De sterrenkundigen keken in de nacht van 17 april 2018 naar het toen net ontdekte zwarte gat plus ster MAXI J1820+070. Het duo, ook wel een röntgendubbelster genaamd, is ongeveer 10.000 lichtjaar van ons verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Leeuw. De twee staan daarmee drie keer dichterbij dan het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg. Het zwarte gat van MAXI J1820+070 is ongeveer zo zwaar als zeven zonnen en neemt minder ruimte in dan de provincie Utrecht. Het zwarte gat zelf is niet zichtbaar, maar doordat het zich voedt met een nabijgelegen ster, ontstaan er oplichtende straalstromen van materiaal.
Honderste van seconde
Het zwarte gat flikkert zo snel dat het in een filmpje pas zichtbaar wordt in slow motion. De snelste flikkeringen duren minder dan een honderdste van een seconde. Dankzij precisieklokken op de twee snelle camera's konden de sterrenkundigen voor het eerst exact construeren in welke volgorde de snelste flitsen ontstaan. Zo konden de sterrenkundigen zien dat er steeds eerst röntgenstraling dicht bij de kern ontstaat. De straling wordt waarschijnlijk uitgezonden door invallend materiaal. Vervolgens, als reactie, ontstaan er plasma-jets die wegschieten en verderop botsen met gas en ander materiaal. Bij die botsingen ontstaat zichtbaar licht. Het zichtbare licht komt dus uit grotere, meer afgelegen gebieden rond het zwarte gat.
Tekst gaat door onder filmpje.
Een tien keer vertraagde animatie van het flitsende zwarte gat. (c) John A. Paice & Poshak Gandhi
Betere modellen
Dankzij de precisiemetingen konden de onderzoekers voor het eerst in detail de verschillende gebieden rond het zwarte gat in kaart brengen. Dat is belangrijk voor het opstellen van modellen. Die modellen kunnen vervolgens vergeleken worden met waarnemingen bij andere zwarte gaten, zoals die van het zwarte gat M87 waar de eerste foto van gemaakt is en die van het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg.
In een maand van 160 naar 16 kilometer
MAXI J1820+070 is de afgelopen anderhalf jaar veel bestudeerd. Eerder ontdekte een team van onderzoekers, met daarbij ook Phil Uttley (UvA), dat het zwarte gat enorme hoeveelheden materiaal van zijn begeleider opslokt waardoor de halo van hoogenergetische elektronen rond een zwart gat in ruim een maand tijd slonk van 160 naar 16 kilometer.
Wetenschappelijk artikel
A Black Hole X-ray Binary at ~100 Hz: Multiwavelength Timing of MAXI J1820+070 with HiPERCAM and NICER. Door: J.A. Paice et al. In Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, oktober 2019.
Beurzen
Het onderzoek werd financieel ondersteund door STFC (VK), de Universiteit van Southampton, UK-India Education and Research Initiative Thematic Partnerships, PNHE en ANR (Frankrijk), MINECO (Spanje), de Academie van Finland en de ERC.