Al tientallen jaren worstelen astrofysici met een wiskundige paradox: superzware zwarte gaten zijn simpelweg te groot om te bestaan volgens ons huidige begrip van de natuurkunde. Volgens standaardmodellen duurt het proces van ‘gasaanwas’ – waarbij een zwart gat omringende materie aantrekt om te groeien – veel langer dan de leeftijd van het universum ervoor zorgt dat deze kolossen hun enorme proporties kunnen bereiken.
Om dit mysterie op te lossen hebben wetenschappers al lang een ‘fusietheorie’ voorgesteld: superzware zwarte gaten groeien door met elkaar in botsing te komen tijdens galactische fusies. Nu biedt een baanbrekend onderzoek het eerste directe bewijs dat dit proces daadwerkelijk plaatsvindt.
Het mysterie van Markarian 501
De ontdekking concentreert zich op Markarian 501 (Mrk 501), een elliptisch sterrenstelsel in het sterrenbeeld Hercules. Zoals veel actieve sterrenstelsels beschikt Mrk 501 over een krachtige straal supergeladen deeltjes die met bijna de snelheid van het licht uit het centrum worden uitgestoten. Omdat deze jet rechtstreeks op de aarde is gericht, dient hij als een goed zichtbaar baken voor astronomen.
Met behulp van radiofrequentiegegevens verzameld over een enorme observatieperiode van 23 jaar merkten onderzoekers van het Duitse Max Planck Instituut voor Radioastronomie iets onmogelijks op: het sterrenstelsel leek twee jets te hebben in plaats van één.
Een hemelse dans volgen
De onderzoekers zagen niet alleen een tweede straalvliegtuig; ze zagen het bewegen. Door de gegevens te analyseren observeerden ze een complexe orbitale dans:
- Orbitale beweging: De tweede jet leek tegen de klok in rond de eerste te bewegen.
- Zwaartekrachtlens: In juni 2022 leek de straling van de tweede jet vervormd tot een cirkelvorm, bekend als een Einstein-ring. Dit gebeurt wanneer de zwaartekracht van het eerste zwarte gat het licht van het tweede afbuigt en zich als een kosmisch vergrootglas gedraagt.
- De omlooptijd: Op basis van zich herhalende helderheidscycli schatten astronomen dat de twee zwarte gaten elke 121 dagen om elkaar heen draaien.
“We hebben er zo lang naar gezocht, en toen kwam het als een complete verrassing dat we niet alleen een tweede straalvliegtuig konden zien, maar zelfs de beweging ervan konden volgen”, aldus co-auteur van het onderzoek Silke Britzen.
Een enorme fusie aan de horizon
Hoewel de afstand tussen de twee zwarte gaten – ruwweg 250 tot 540 keer de afstand tussen de aarde en de zon – groot klinkt, is deze op kosmische schaal ongelooflijk klein. Deze objecten hebben massa’s variërend van 100 miljoen tot 1 miljard keer die van onze zon.
Op deze afstand bevinden de twee reuzen zich op ramkoers. Wetenschappers schatten dat ze binnen de volgende eeuw zouden kunnen fuseren.
Waarom dit belangrijk is
Deze bevinding vormt een cruciaal stukje van de puzzel in het begrijpen van de galactische evolutie. Als superzware zwarte gaten voornamelijk door deze gewelddadige fusies groeien in plaats van door langzame aangroei, verandert dit ons hele model van hoe sterrenstelsels ontstaan en volwassen worden.
Hoewel de daadwerkelijke fusie op 440 miljoen lichtjaar afstand zal plaatsvinden – ver buiten het bereik van directe menselijke observatie – zal de gebeurtenis waarschijnlijk rimpelingen door de ruimtetijd veroorzaken. Naarmate ze dichterbij komen, zou het paar extreem laagfrequente zwaartekrachtgolven moeten uitzenden, die toekomstige observatoria zouden kunnen detecteren, wat het definitieve bewijs zou vormen van deze kosmische unie.
Conclusie: De waarneming van dual jets in Markarian 501 levert overtuigend bewijs dat superzware zwarte gaten groeien door samensmelting, waarmee mogelijk een al lang bestaand wiskundig mysterie over hun immense omvang wordt opgelost.
