Wanneer twee zwarte gaten in een spiraal om elkaar heen draaien en uiteindelijk op elkaar botsen, zenden zij zwaartekrachtgolven uit – rimpelingen in ruimte en tijd die met uiterst gevoelige instrumenten op aarde kunnen worden gedetecteerd. Omdat zwarte gaten en samensmeltingen van zwarte gaten volledig donker zijn, zijn deze gebeurtenissen onzichtbaar voor telescopen en andere licht-detecterende instrumenten die door astronomen worden gebruikt. Theoretici hebben echter ideeën ontwikkeld over hoe een fusie van zwarte gaten een lichtsignaal zou kunnen produceren door materiaal in de buurt te laten stralen.
Wetenschappers die gebruik maken van Caltech’s Zwicky Transient Facility (ZTF) in het Palomar Observatory bij San Diego hebben nu mogelijk zo’n scenario ontdekt. Als het wordt bevestigd, zou het de eerste bekende lichtvlam zijn van een paar botsende zwarte gaten.
De fusie werd op 21 mei 2019 geïdentificeerd door twee detectoren voor zwaartekrachtgolven – het Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) van de National Science Foundation en de Europese Virgo-detector – in een gebeurtenis genaamd GW190521g. Dankzij die detectie konden de ZTF-wetenschappers op zoek gaan naar lichtsignalen van de plaats waar het signaal van de zwaartekrachtgolf ontstond. Deze detectoren voor zwaartekrachtgolven hebben ook fusies waargenomen tussen dichte kosmische objecten, neutronensterren genaamd, en astronomen hebben lichtemissies van die botsingen geïdentificeerd.
De ZTF-resultaten worden beschreven in een nieuwe studie die is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters. De auteurs veronderstellen dat de twee zwarte gaten, die elk enkele tientallen keren zwaarder zijn dan de zon, in een baan om een derde, superzwaar zwart gat draaiden dat miljoenen keren zwaarder is dan de zon en omgeven door een schijf van gas en andere materie. Toen de twee kleinere zwarte gaten samensmolten, vormden ze een nieuw, groter zwart gat dat een schop zou hebben gekregen en in een willekeurige richting zou zijn weggeschoten. Volgens de nieuwe studie kan het door de schijf van gas zijn geploegd, waardoor het oplichtte.
“Deze detectie is extreem opwindend,” zei Daniel Stern, coauteur van de nieuwe studie en een astrofysicus bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië, dat een divisie is van Caltech. “We kunnen veel leren over deze twee samensmeltende zwarte gaten en de omgeving waarin ze zich bevonden, gebaseerd op dit signaal dat ze min of meer per ongeluk hebben gecreëerd. Dus de detectie door ZTF, gekoppeld aan wat we kunnen leren van de zwaartekrachtsgolven, opent een nieuwe weg om zowel zwarte gatensamenvoegingen als deze schijven rond superzware zwarte gaten te bestuderen.”
De auteurs merken op dat hoewel ze concluderen dat de vlam die door ZTF is gedetecteerd waarschijnlijk het resultaat is van een zwarte gatensamenvoeging, ze andere mogelijkheden niet volledig kunnen uitsluiten.
Om meer te weten te komen, lees het persbericht van Caltech.