Wat er gebeurt als een superzwaar zwart gat plots wakker wordt

In het centrum van de meeste sterrenstelsels bevinden zich superzware zwarte gaten. Ze kunnen lange tijd in een rustfase verkeren. Tot ze plots wakker worden.

Dat is nu gebeurd met het zwarte gat in het hart van SDSS1335+0728, een verder onopvallend sterrenstelsel op 300 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Maagd. Na tientallen jaren van rust is het plotseling actief geworden. Het begon ongekende uitbarstingen van röntgenstraling te produceren.

De eerste tekenen van leven waren eind 2019 al te zien, toen het sterrenstelsel onverwacht fel begon te stralen. Dat trok de aandacht van astronomen. Na jaren van waarnemingen concluderen ze dat het zwarte gat waarschijnlijk ‘aan’ is: het is een actieve fase ingegaan. De heldere, compacte kern van het stelsel wordt nu geclassificeerd als een actieve galactische kern met de bijnaam Ansky.

“Toen we Ansky zagen oplichten, startten we vervolgwaarnemingen met NASA’s Swift-röntgentelescoop. We bekeken ook oude data van de eROSITA-telescoop. Maar op dat moment vonden we geen aanwijzingen voor röntgenstraling”, vertelt hoofdonderzoeker Paula Sánchez Sáez van het European Southern Observatory, wier studie in Nature Astronomy verscheen.

In februari 2024 zagen onderzoekers dat Ansky nu op bijna regelmatige momenten röntgenflitsen begon uit te zenden. “Dit zeldzame fenomeen biedt een unieke kans om het gedrag van een zwart gat in real-time te volgen”, aldus medeonderzoeker Lorena Hernández-García.

De uitbarstingen worden quasi-periodieke erupties (QPE’s) genoemd: korte, intense opflakkeringen. “Dit is de eerste keer dat we zo’n eruptie waarnemen bij een zwart gat dat net actief wordt”, zegt Hernández-Garcia. De oorzaak is nog onbekend. Door het gedrag van Ansky te volgen, kunnen de astronomen daar meer over te weten komen en zwarte gaten beter leren begrijpen. “XMM-Newton speelde een cruciale rol in ons onderzoek”, stelt ze. “Deze telescoop is gevoelig genoeg om het zwakke röntgenlicht tussen de erupties in te meten. Zo konden we bepalen hoeveel energie Ansky uitzendt als hij oplicht.”

De zwaartekracht van een zwart gat trekt alles aan wat te dichtbij komt, inclusief sterren, die dan uit elkaar getrokken worden en een hete, snel ronddraaiende accretieschijf vormen. QPE’s zouden ontstaan door een object, zoals een ster of een klein zwart gat, dat deze schijf verstoort. Soms gebeurt dit na de vernietiging van een ster. Maar in het geval van Ansky is daar geen bewijs voor.

De bijzonder felle en langdurige erupties van Ansky brachten het team op een ander idee. De accretieschijf kan zijn gevormd uit gas dat het zwarte gat uit zijn omgeving heeft aangetrokken, dus niet uit een vernietigde ster. In dat scenario zouden de röntgenflitsen ontstaan door krachtige schokken in de schijf, veroorzaakt door een klein object dat erdoorheen beweegt en zo het ronddraaiende materiaal telkens verstoort.

“Ansky’s röntgenflitsen zijn tien keer langer en tien keer helderder dan bij een typische QPE”, zegt Joheen Chakraborty, promovendus aan het Massachusetts Institute of Technology. “Elke uitbarsting stoot honderd keer meer energie uit dan we elders hebben gezien. En de tijd tussen de erupties – ongeveer 4,5 dagen – is de langste die we ooit hebben waargenomen. Onze huidige modellen kunnen dat nauwelijks verklaren.”

Het feit dat Ansky zich nu ontwikkelt, biedt astronomen een unieke kans om het proces van dichtbij te volgen. “Bij QPE’s hebben we momenteel meer theorieën dan echte gegevens. We hebben dus meer waarnemingen nodig om te begrijpen wat er echt gebeurt”, zegt Erwan Quintin van ESA. “Tot nu toe dachten we dat QPE’s ontstaan wanneer kleine objecten worden ingesloten door grotere en spiraalsgewijs naar hen toe bewegen. Maar Ansky vertelt misschien een ander verhaal.”

De herhaalde erupties kunnen ook te maken hebben met zwaartekrachtgolven. ESA’s toekomstige missie LISA kan die wellicht waarnemen. “Het is essentieel dat we röntgenwaarnemingen hebben die de zwaartekrachtgolfgegevens aanvullen”, besluit Quintin. “Alleen zo kunnen we het mysterieuze gedrag van superzware zwarte gaten ontrafelen.”