Zwarte gat in centrum Melkweg draait zeer snel rond

Sagittarius A*, het zwarte gat met een massa van 4,3 miljoen zonsmassa dat zich in het centrum van het Melkwegstelsel bevindt, draait zo snel dat het de ruimtetijd eromheen vervormt tot een vorm die op een rugbybal kan lijken. Dit volgt uit analyse van gegevens verkregen met de Chandra röntgentelescoop van de NASA en de Karl G. Jansky Very Large Array van de Amerikaanse National Science Foundation.

Zwarte gaten hebben twee fundamentele eigenschappen: hun massa (hoeveel ze wegen) en hun rotatie (hoe ze draaien).

Dr. Ruth Daly en collega’s van de Penn State University hebben een nieuwe methode toegepast die röntgen- en radiogegevens gebruikt om te bepalen hoe snel Sagittarius A* draait, gebaseerd op hoe materiaal naar en van het zwarte gat stroomt.

Ze ontdekten dat Sagittarius A* ronddraait met een hoeksnelheid (aantal omwentelingen per seconde) die ongeveer 60% van de maximaal mogelijke waarde bedraagt, een limiet die wordt gesteld door materiaal dat niet sneller kan reizen dan de snelheid van het licht.

In het verleden hebben verschillende astronomen verschillende andere schattingen gemaakt van de rotatiesnelheid van Sagittarius A* met behulp van verschillende technieken, met resultaten variërend van Sagittarius A* die helemaal niet ronddraaide tot hij met bijna de maximale snelheid ronddraaide.

Volgens de onderzoekers kan hun werk helpen de vraag op te lossen hoe snel het superzware zwarte gat in onze Melkweg draait. De resultaten geven aan dat Sagittarius A* zeer snel ronddraait, wat interessant is en verstrekkende gevolgen heeft.

Een roterend zwart gat trekt ruimtetijd en nabijgelegen materie rond terwijl het ronddraait. De ruimtetijd rond het draaiende zwarte gat wordt ook platgedrukt.

Als je vanaf de bovenkant naar een zwart gat kijkt, langs de loop van elke straal die het produceert, heeft de ruimtetijd een cirkelvorm.

Als je echter vanaf de zijkant naar het draaiende zwarte gat kijkt, heeft de ruimtetijd de vorm van een rugbybal. Hoe sneller de spin, hoe vlakker de rugbybal.

De draaiing van een zwart gat kan fungeren als een belangrijke energiebron. Het draaien van superzware zwarte gaten kan gecollimeerde uitstromen produceren, dat wil zeggen smalle bundels materiaal zoals jets, wanneer hun spin-energie wordt onttrokken, wat vereist dat er op zijn minst enige materie in de buurt van het zwarte gat is.

Vanwege de beperkte brandstof rond Sagittarius A* is dit zwarte gat de afgelopen millennia relatief stil geweest met relatief zwakke jets.

Uit het nieuwe onderzoek blijkt echter dat dit kan veranderen als de hoeveelheid materiaal in de omgeving van Sagittarius A* toeneemt.

“Jets die worden aangedreven en gecollimeerd door het draaiende centrale zwarte gat van een sterrenstelsel kunnen een diepgaande invloed hebben op de gastoevoer voor een heel sterrenstelsel, wat van invloed is op hoe snel en zelfs of er sterren kunnen ontstaan”, zegt dr. Megan Donahue, astronoom aan de Michigan State University.

“De Fermi-bubbels die we zien in röntgen- en gammastraling rond het zwarte gat van onze Melkweg laten zien dat het zwarte gat waarschijnlijk in het verleden actief was. Het meten van de spin van ons zwarte gat is een belangrijke test van dit scenario.

Om de draaiing van Sagittarius A* te bepalen, gebruikten de astronomen een empirisch gebaseerde theoretische methode, de uitstroommethode genoemd, die de relatie beschrijft tussen de draaiing van het zwarte gat en zijn massa, de eigenschappen van de materie nabij het zwarte gat, en de uitstroomeigenschappen.

De gecollimeerde uitstroom produceert de radiogolven, terwijl de gasschijf rond het zwarte gat verantwoordelijk is voor de röntgenstraling.

Met behulp van deze methode combineerden de onderzoekers gegevens van de Chandra röntgentelescoop van de NASA en de Karl G. Jansky Very Large Array van de Amerikaanse National Science Foundation met een onafhankelijke schatting van de massa van het zwarte gat van andere telescopen om de spin van het zwarte gat te bepalen.

Omdat dit het dichtstbijzijnde zwarte gat is hebben astronomen een bijzondere kijk op Sagittarius A*. Hoewel het zwarte gat nu rustig is laat hun werk zien dat het in de toekomst een ongelooflijk krachtige kick zal geven aan de omringende materie.

Dat kan over duizend of een miljoen jaar zijn, maar het kan ook nog tijdens ons leven gebeuren.

Het onderzoek is in de Monthly Notices of the Royal Astonomical Society gepubliceerd.

Artikel: Ruth A. Daly et al. 2024. New black hole spin values for Sagittarius A* obtained with the outflow method. MNRAS 527 (1): 428-436; doi: 10.1093/mnras/stad3228

Eerste publicatie: 13 februari 2024
Bron: sci-news