​Waarom zwarte gaten harde röntgenscheten laten

Als zwarte gaten hun omgeving opeten en het universum laten verdwijnen in de diepe krochten van oneindige ruimtetijd, geven ze ons ook wat terug. Wanneer een zwart gat het middelpunt van de zwaartekracht in een sterrenstelsel is, geeft het datzelfde sterrenstelsel ook vorm door harde kosmische winden. In de vroege stadia van een zwart gat, de microquasar, is de intensiteit van die winden bijna gelijk aan de energie die het zwarte gat wegtrekt, waardoor een turbulent quasi-evenwicht ontstaat.

Wetenschappers hebben voor het eerst de kracht van de uitgaande winden uit zwarte gaten kunnen meten, bleek uit onderzoek dat afgelopen week werd gepubliceerd in Science. Hiermee hebben ze bewezen dat de winden krachtig genoeg zijn om de vorming van sterrenstelsels te beïnvloeden. Met de ruimtetelescoop NuSTAR onderzochten de astronomen één bijzonder helder zwart gat dat bekend staat als PDS 456.

Het fenomeen dat de winden veroorzaakt heet accretie. Wanneer een zwart gat, of een ander groot hemellichaam, gas en andere materie aantrekt, ontstaat er een roterende schijf. Hoe dichter de materie bij de kern komt, des te heftiger het eraan toe gaat: meer beweging, meer wrijving en meer warmte. Naarmate de materie zich dichter bij de kern samendrukt, komt de energie vrij in de vorm van elektromagnetische straling. Als gevolg schieten harde winden vanuit de accretieschijf weg, zoals je op onderstaande illustratie kan zien.

Deze omzetting van materie naar energie is een van de meest efficiënte van het heelal. Ongeveer 40 procent van de materie wordt omgezet naar energie. Ter vergelijking: kernfusie heeft maar een efficiëntie van 7 procent. Deze straling is waarschijnlijk wat quasars doet ontstaan, de superheldere en superdichte kernen die waarneembaar zijn in jonge sterrenstelsels. Op je een idee te geven: de grootste quasar die we kennen produceert meer energie dan duizend keer de Melkweg, terwijl het materie opslokt met een snelheid van 600 aardes per minuut.

Wetenschappers zijn pas enkele jaren geleden begonnen met het in kaart brengen van deze röntgenwinden. ​Een belangrijk onderzoek heeft afgelopen jaar aangetoond dat bepaalde delen van deze winden de Eddingtonlimiet, een theoretische limiet voor de massa van zwarte gaten, met meerdere factors overschrijden. De winden zijn zo geconcentreerd en energetisch dat ze met het grootste gemak door de dikke laag opgehoopte materie aan de rand van zwarte gaten heengaan.

De invloed van de winden is niet onbelangrijk. De zwaartekracht van een groot zwart gat kan een sterrenstelsel bij elkaar houden, maar tegelijkertijd stuwen de winden allerlei bouwstoffen diep de ruimte in. Minder bouwstoffen betekent minder groeipotentie. Het is een soort kip-en-eiprobleem: Een groter zwart gat trekt meer bouwstoffen aan, maar produceert ook sterkere winden die meer energie wegblazen als een stoort kosmische bladblazer.

"Er bestaat een fundamentele correlatie tussen de massa van het centrale zwarte gat en de snelheidsdispersie van de kosmische uitzettingen," zo schrijft astronoom Martin Ward, verbonden aan Durham University, en consorten in de recente studie. "Dit gaat honderden keren verder dan de gravitationele invloedssfeer van de zwarte gaten zelf."