Astronomen hebben de snelst bekende ster ontdekt die om het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel draait. De ster, met de aanduiding S301, werd ontdekt met de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) en bereikt tijdens zijn draaiing om het vier miljoen zonsmassa’s zware zwarte gat snelheden van vijfentwintigduizend kilometer per seconde. Daarbij nadert S301 het zwarte gat dichter dan welke andere ster dan ook die tot nu toe is waargenomen, zó dicht dat hij de effecten van de rotatie van het zwarte gat voelt.
‘Deze baanbrekende ontdekking is het resultaat van tientallen jaren van zorgvuldige waarnemingen van sterren die om Sagittarius A*, het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel, draaien,’ zegt Nobelprijswinnaar Reinhard Genzel, directeur van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching, Duitsland, en een van de oprichters van het samenwerkingsteam dat de nieuwe waarnemingen heeft verricht.
‘Het bijzondere aan deze ster is dat hij in een zeer krappe baan om Sagittarius A* draait, waarbij hij slechts 8,7 jaar nodig heeft om een volledige omloop te voltooien, en dat hij het zwarte gat daarbij nadert tot op een afstand die slechts twaalf keer zo groot is als de afstand tussen de aarde en de zon. Dat is ongekend,’ zegt Felix Mang, promovendus bij het MPE en auteur van het onderzoek dat vandaag in Nature is gepubliceerd.
Tijdens zijn dichtste nadering van het zwarte gat bereikt de ster een snelheid van ongeveer 25.000 kilometer per seconde: honderdduizend keer de snelheid van een passagiersvliegtuig oftewel meer dan acht procent van de lichtsnelheid. Daarbij komt S301 dichter bij Sagittarius A* dan welke andere bekende ster dan ook. Hij nadert het zwarte gat tot op een afstand die ongeveer gelijk is aan de afstand tussen de planeet Saturnus en de zon. Omdat S301 zo dicht bij Sagittarius A* komt, is hij voor zover bekend de eerste ster die gebruikt zou kunnen worden om de rotatie van een zwart gat rechtstreeks te meten.
Astronomen vermoeden dat Sagittarius A* ronddraait, net als de meeste objecten in ons heelal. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie sleept een ronddraaiend zwart gat de ruimtetijd mee en vervormt deze, wat invloed heeft op de omloopbanen van de omringende sterren. Dit effect is sterker merkbaar bij objecten die op korte afstand om zo’n zwart gat draaien.
‘Met deze ster hopen we binnen de komende tien jaar de rotatie van het zwarte gat te kunnen meten’, zegt Mang. MPE-onderzoeker Stefan Gillessen, die eveneens een leidende rol speelde in het nieuwe onderzoek, voegt hieraan toe: ‘Voor het eerst zouden we daadwerkelijk heel direct de rotatie van een superzwaar zwart gat kunnen meten, wat een cruciale toetssteen zou zijn voor Einsteins theorie’. Juan Osorno, astronoom bij LIRA Observatoire de Paris–PSL in Frankrijk, die eveneens een sleutelrol speelde in het onderzoek, voegt hieraan toe: ‘Zonder deze ster zouden we nog tientallen jaren de bewegingen van andere sterren moeten meten om de rotatie van het zwarte gat ook maar enigszins nauwkeurig te kunnen meten.’
Het was bepaald niet eenvoudig om S301, die aan de hemel twee miljard keer zwakker schijnt dan Betelgeuze (de oranje ster in het sterrenbeeld Orion), op te sporen. Bij de waarnemingen maakte het team gebruik van de VLTI, een faciliteit op de Paranal-sterrenwacht van ESO in Chili, en het GRAVITY-instrument, dat sinds zijn recente upgrade nu bekendstaat als GRAVITY+. De kracht van de VLTI is gelegen in het vermogen om het licht van vier 8-meter-telescopen te combineren tot één ‘virtuele’ telescoop met een ruimtelijke resolutie die vijftien keer zo hoog is als die van één enkele 8-meter-telescoop.
‘Paranal is de enige plek ter wereld waar je dit soort waarnemingen kunt doen, omdat geen enkel andere sterrenwacht op aarde beschikt over vier 8-meter-telescopen die samen als interferometer kunnen functioneren’, zegt coauteur Frank Eisenhauer, hoofdonderzoeker van GRAVITY+ en directeur van het MPE.
Met GRAVITY, en later met GRAVITY+, is het team erin geslaagd om in het voorjaar van 2023 een eerste glimp van de nieuwe ster op te vangen en heeft het deze sindsdien gevolgd om zijn baan te bepalen. Daarbij ontdekten de astronomen ontdekten ook dat de ster begin 2023 voor het laatst het dichtst bij het centrale zwarte gat is gekomen. De baaneigenschappen van S301, en het feit dat zich in de directe omgeving van zo’n superzwaar zwart gat geen sterren kunnen vormen, wijzen erop dat de ster waarschijnlijk deel uitmaakte van een dubbelstersysteem dat uit elkaar is getrokken door de getijdenkrachten van Sagittarius A*. Daarbij raakte S301 gevangen in de zwaartekracht van het zwarte gat, terwijl zijn begeleidende ster met hoge snelheid werd weggeslingerd – waarschijnlijk snel genoeg om ons Melkwegstelsel definitief te verlaten.
Vervolgwaarnemingen met GRAVITY+ en met het MICADO-instrument op de toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) van ESO zullen van cruciaal belang zijn om de baan van S301 in het komende decennium te volgen, omdat deze in 2031 zijn volgende dichtste nadering zal maken. Door ten minste twee volledige omlopen van S301 te observeren, kan de baan met voldoende nauwkeurigheid worden bepaald om voor het eerst de draaiing van Sagittarius A* rechtstreeks te kunnen meter. ‘Daarmee zou een droom in vervulling gaan’, zegt Mang.
De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals surveytelescopen zoals VISTA. Ook zal ESO op Paranal de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren, ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’, ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.
Bron: ESO
