Zwarte gaten in de openingsact 1 februari 2009 Natuurwetenschap & Techniek

Wat kwam er eerst, het zwarte gat of het sterrenstelsel? Het is een bekend astronomisch kip-en-ei-probleem. Vormden zwarte gaten de kiemen voor de groei van sterrenstelsels zoals ons eigen Melkwegstelsel? Of waren die stelsels er eerst, en ontstonden er pas in een later stadium superzware zwarte gaten in hun kernen?

Een internationaal team van astronomen onder leiding van Chris Carilli van het Amerikaanse National Radio Astronomy Observatory beweert nu het antwoord te hebben. De zwarte gaten ontstonden het eerst, zo meldden Carilli en zijn collega Dominik Riechers van het California Institute of Technology begin januari op de 213e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Long Beach, Californië.

Vrijwel elk sterrenstelsel in het heelal herbergt een superzwaar zwart gat in zijn kern. Al bijna tien jaar lang is er bekend dat er een merkwaardige relatie is tussen de massa van het zwarte gat en de massa van het sterrenstelsel. Tenminste, die relatie geldt voor de grote elliptische sterrenstelsels en voor de zogeheten ‘sferoïdale’ component van spiraalstelsels – zeg maar wat je overhoudt als je de spiraalarmen wegdenkt. Keer op keer blijkt uit metingen dat het stelsel ongeveer zeshonderd keer zo veel weegt als het centrale zwarte gat. Dat geldt zowel voor relatief kleine sterrenstelsels als voor gigantsiche reuzenstelsels.

"Hoe die relatie ontstaat en waar die massaverhouding vandaan komt, is niet bekend," zegt Carilli, "maar we hebben nu voor het eerst kunnen aantonen dat hij in de jeugd van het heelal nog niet bestond." Met de Very Large Array-radiotelescoop in New Mexico en de Plateau de Bure-interferometer in Frankrijk hebben de astronomen sterrenstelsels bestudeerd op zo’n twaalf miljard lichtjaar afstand. Die stelsels zie je zoals ze eruitzagen toen het heelal minder dan twee miljard jaar oud was. Uit de waarnemingen blijkt dat die verre stelsels slechts ongeveer dertig keer zo zwaar zijn als de zwarte gaten in hun kernen.

Zwarte gaten kunnen in de loop van de tijd niet lichter worden, maar sterrenstelsels wel zwaarder, door meer gas uit de intergalactische ruimte aan te trekken. "Het lijkt er dus op dat de zwarte gaten als eerste ontstonden," aldus Carilli. Vermoedelijk wordt de groei van een sterrenstelsel na verloop van tijd afgeremd door een feedback-mechanisme: in de directe omgeving van een zwart gat wordt veel energie geproduceerd wanneer materie wordt opgezogen, zodat er een soort ‘tegenwind’ ontstaat.

Op twaalf miljard lichtjaar afstand valt het natuurlijk niet mee om de massa van een sterrenstelsel of van een zwart gat te bepalen. Met de radiotelescopen werd de karakteristieke straling vastgelegd van koolmonoxidemoleculen in een sterrenstelsel, en uit dopplermetingen kon vervolgens de rotatiesnelheid worden afgeleid – een directe maat voor de massa van het stelsel. Om de centrale zwarte gaten te ‘wegen’, werden de heldere kernen van de stelsels nauwkeurig vergeleken met die van dichterbij gelegen objecten, waarvan de massa bekend is.

Geen extreem nauwkeurige methode dus, en Carrili en Riechers houden dan ook enkele slagen om de arm. "Onze conclusies zijn gebaseerd op een handjevol zware sterrenstelsels," zeggen ze. "Toekomstige waarnemingen, onder andere met de Atacama Large Millimeter Array, moeten meer duidelijkheid verschaffen."

© Govert Schilling