De beste waarnemingen tot nu toe van de stofrijke gaswolk G2 bevestigen dat hij zijn kleinste afstand tot het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg in mei 2014 is gepasseerd, en die gebeurtenis heeft overleeft. Het nieuwe resultaat van ESO’s Very Large Telescope laat zien dat het object niet erg is uitgerekt en nog steeds heel compact is.
Waarschijnlijk is het een jonge ster met een zware kern, die bezig is om materie uit zijn omgeving aan te trekken. Het zwarte gat zelf heeft nog geen verhoogde activiteit vertoont. In het hart van ons Melkwegstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat dat vier miljoen keer zoveel massa heeft als onze zon. Er draait een groepje heldere sterren omheen, en daarnaast was de afgelopen jaren te zien hoe een mysterieuze stofrijke wolk, G2 genoemd, naar het zwarte gat toe viel. Voorspeld was dat die wolk in mei 2014 zijn kleinste afstand tot het zwarte gat zou bereiken. Naar verwachting zou de wolk door de sterke getijdenkrachten in dit gebied uit elkaar worden getrokken. Een deel van de materie zou door het zwarte gat worden opgeslokt en een uitbarsting van straling veroorzaken. Om deze unieke gebeurtenis te onderzoeken, hielden tal van onderzoeksteams het galactisch centrum de afgelopen jaren nauwkeurig in de gaten met grote telescopen.
Een team onder leiding van Andreas Eckart (Universität zu Köln, Duitsland) heeft het gebied jarenlang waargenomen met ESO’s Very Large Telescope (VLT) [1], ook in de cruciale periode van februari tot september 2014, kort voor en na de dichtste nadering in mei 2014. Deze waarnemingen zijn in overeenstemming met eerdere waarnemingen met de Keck-telescoop op Hawaï [2]. De opnamen van het infraroodlicht dat door het gloeiende waterstofgas wordt uitgezonden, laten zien dat de wolk zowel voor als na zijn scheervlucht langs het zwarte gat compact was.
Het SINFONI-instrument van de VLT maakt niet alleen zeer scherpe opnamen, maar splitst het licht ook in zijn afzonderlijke infraroodkleuren. Aan de hand daarvan kan een schatting worden gemaakt van de snelheid van de wolk [3]. Vóór de dichtste nadering verwijderde de wolk zich met een snelheid van ongeveer tien miljoen kilometer per uur van de aarde, na zijn scheervlucht langs het zwarte gat kwam hij met ongeveer twaalf miljoen kilometer per uur op ons af. Florian Peissker, promovendus aan de Universität zu Köln, die veel van de waarnemingen geeft gedaan, zegt: ‘Aanwezig zijn bij de telescoop en de gegevens live zien binnenkomen, was een fascinerende ervaring,’ en Monica Valencia-S., postdoc aan dezelfde universiteit, die vervolgens de ingewikkelde dataverwerking voor haar rekening nam, voegt daaraan toe: ‘Het was verbazingwekkend om te zien dat de gloed van de stofrijke wolk voor en na de dichte nadering van het zwarte gat compact bleef.’
Deze compositiefoto toont de beweging van de stofrijke wolk G2 tijdens zijn nadering en passage
van het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg - Foto: ESO
Hoewel eerdere waarnemingen erop hadden gewezen dat het G2-object uitgerekt werd, vertoonden de nieuwe waarnemingen geen aanwijzingen dat de wolk significant uitgesmeerd is. Hij is niet waarneembaar langer geworden en vertoont ook geen grotere snelheidsspreiding. Het team heeft niet alleen waarnemingen gedaan met het SINFONI-instrument, maar met behulp van het NACO-instrument van de VLT ook uitgebreid gekeken naar de polarisatie van het licht dat afkomstig is uit het gebied van het zwarte gat. Uit deze waarnemingen, tot nu toe de beste in hun soort, blijkt dat de aanvoer van de materie die door het zwarte gat wordt aangetrokken heel stabiel is. Tot dusver is die aanvoer niet verstoord door de aankomst van materie van de G2-wolk.
Het feit dat de stofrijke wolk bestand is tegen de extreme gravitationele getijdenkrachten in de directe omgeving van het zwarte gat, wijst er sterk op dat deze een compact object met een zware kern omhult, en geen los rondzwervende gaswolk is. Dit wordt ook bevestigd door het uitblijven (tot nu toe) van aanwijzingen dat het centrale monster met extra materie wordt gevoed: dat zou een verhoogde activiteit veroorzaken. Andreas Eckart vat de nieuwe resultaten samen: ‘We hebben alle recente gegevens bekeken, met name die van de periode in 2014 waarin de dichtste nadering tot het zwarte gat plaatsvond. We kunnen niet bevestigen dat het object significant uitgerekt is. Het gedraagt zich bepaald niet als een kernloze stofwolk. We denken dat het een in stof gehulde jonge ster moet zijn.’
Noten
[1] Dit zijn heel moeilijke waarnemingen, omdat het gebied schuilgaat achter dikke stofwolken, wat betekent dat de waarnemingen in het infrarood moeten worden gedaan. Bovendien speelt alles zich heel dicht in de buurt van het zwarte gat af, waardoor adaptieve optiek nodig is om opnamen te kunnen maken die scherp genoeg zijn. Het team gebruikte het SINFONI-instrument van ESO’s Very Large Telescope en hield met het NACO-instrument het gepolariseerde licht uit de directe omgeving van het zwarte gat in de gaten.
[2] De VLT-waarnemingen zijn niet alleen scherper (omdat ze bij kortere golflengten zijn gedaan), maar omvatten ook snelheidsmetingen (met SINFONI) en polarisatiemetingen (met NACO).
[3] Omdat de stofrijke wolk beweegt ten opzichte van de aarde – weg van de aarde vóór de dichtste nadering van het zwarte gat, nadien naar de aarde toe – zorgt het dopplereffect ervoor dat de waargenomen golflengte van het licht verandert. Zulke veranderingen van golflengte kunnen worden gemeten met behulp van een gevoelige spectrograaf, zoals het SINFONI-instrument van de VLT. Het kan ook worden gebruikt om de spreiding van de snelheden van het materiaal te meten, zoals die te verwachten zijn als de wolk tijdens zijn tocht langs het zwarte significant zou zijn uitgerekt, zoals eerder was gemeld.
Meer informatie
Deze resultaten zijn te vinden in het artikel ‘Monitoring the Dusty S-Cluster Object (DSO/G2) on its Orbit towards the Galactic Center Black Hole’ van M. Valencia-S. et al. in het tijdschrift Astrophysical Journal Letters.
Het onderzoeksteam bestaat uit M. Valencia-S. (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Duitsland), A. Eckart (Universität zu Köln; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland [MPIfR]), M. Zajacek (Universität zu Köln; MPIfR; Astronomisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek te Praag), F. Peissker (Universität zu Köln), M. Parsa (Universität zu Köln), N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Frankrijk), E. Mossoux (Observatoire Astronomique de Strasbourg), D. Porquet (Observatoire Astronomique de Strasbourg), B. Jalali (Universität zu Köln), V. Karas (Astronomisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek), S. Yazici (Universität zu Köln), B. Shahzamanian (Universität zu Köln), N. Sabha (Universität zu Köln), R. Saalfeld (Universität zu Köln), S. Smajic (Universität zu Köln), R. Grellmann (Universität zu Köln), L. Moser (Universität zu Köln), M. Horrobin (Universität zu Köln), A. Borkar (Universität zu Köln), M. García-Marín (Universität zu Köln), M. Dovciak (Astronomisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek), D. Kunneriath (Astronomisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek), G.D. Karssen (Universität zu Köln), M. Bursa (Astronomisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Tsjechische Republiek), C. Straubmeier (Universität zu Köln) en H. Bushouse (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
