14 januari 1993 NRC

In het hart van een actief sterrenstelsel
George Beekman

Sterrenstelsels, waaronder ons melkwegstelsel, zijn de bouwstenen van het heelal. De straling van de stelsels bestaat uit het totaal van de vele miljarden sterren waaruit ze bestaan. Maar al meer dan een kwart eeuw weet men dat sommige stelsels een compacte, heldere kern hebben waarvan de straling niet van sterren alléén komt. De meest extreme voorbeelden zijn de quasars, kernen die niet groter zijn dan ons zonnestelsel maar meer straling uitzenden dan een volledig sterrenstelsel.

In de afgelopen jaren zijn er ook steeds meer aanwijzingen gevonden dat ook in de kern van gewone sterrenstelsels een meer dan normale activiteit voorkomt, zelfs in ons eigen melkwegstelsel. Er zijn allerlei aanwijzingen dat er in deze kernen nog iets anders gebeurt dan het rustig stralen, evolueren en af en toe ontploffen van sterren. In sommige melkwegcentra draaien gas en sterren heel snel rond, in andere heerst heftige beroering en uit nog weer andere spuiten plasmabundels weg.

Vele astronomen denken dat al deze activiteit moet worden toegeschreven aan een enorm zwart gat: een compact onzichtbaar gebied met een massa van miljoenen zonsmassa's dat een enorme aantrekkingskracht uitoefent. Gas, stof en sterren moeten dan een grote snelheid hebben om in een baan er omheen te blijven en materie die naar het gat toe valt wordt zo sterk verhit dat het zeer veel energie gaat uitzenden.



"Toch is er nog steeds geen direct bewijs dat zulke zwarte gaten ook werkelijk bestaan', aldus Walter Jaffe, een astronoom van de sterrenwacht in Leiden. "De enige reden om te veronderstellen dat zich in een actief sterrenstelsel en een quasar een zwart gat bevindt is dat men geen andere manier kent waarop materie met zo'n hoog rendement kan worden omgezet in energie'.



Zwart gat



Een zwart gat is per definitie niet te zien. Er heerst daar zo'n sterke aantrekkingskracht, dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. De aanwezigheid van een zwart gat kan alleen worden afgeleid uit de effecten die het heeft op zijn directe omgeving. Jaffe heeft daarom met behulp van de Hubble Space Telescope de kern van twaalf nabije sterrenstelsels in het sterrenbeeld Virgo (Maagd) bestudeerd. Het doel was aanvankelijk zowel beelden als spectra op te nemen, maar doordat de spiegel van de telescoop niet helemaal in orde is zag men van dit laatste af. De beeldopnamen alleen leverden echter al "heel spannende resultaten' op.



Jaffe: "Ik heb negen stelsels bekeken en zes daarvan vertonen onverwachte dingen, zoals stofwolken, dubbele kernen, of kleine schijfjes. Eén stelsel, met de codenaam NGC 4261, vertoont in het centrum een mooie grote schijf van stof en gas, die kennelijk ronddraait en het licht van de sterren erachter afschermt. Deze ontdekking was zo spannend, dat we het verdere onderzoek direct op dit stelsel hebben geconcentreerd'.



Hoewel astronomen al eerder aanwijzingen hadden gevonden voor het bestaan van zulke schijven, wordt deze opname alom beschouwd als de eerste die zo'n schijf ook werkelijk laat zien. In feite ziet men het koelste, buitenste gedeelte van een schijf die zich naar binnen toe moet uitstrekken tot dicht bij een hypothetisch zwart gat en dit voorziet van zijn "brandstof'. Jaffe schat de totale massa van het stof op 10.000 tot 100.000 maal de massa van de zon. Daaruit kan worden berekend dat de centrale motor voldoende brandstof heeft om ruwweg tien miljoen jaar te kunnen blijven draaien.



De schijf heeft een diameter van 300 lichtjaar en maakt een hoek van ongeveer 608 met de waarnemingsrichting. In het centrum bevindt zich een helder punt. Dat moet het gebied zijn waar de echte activiteit plaatsvindt. De opname is echter niet gedetailleerd genoeg om die direct te kunnen zien. Het heldere gebied heeft een diameter van ongeveer een lichtjaar, een kwart van de afstand van de zon tot de meest nabije ster, terwijl de diameter van het gebied waar de energie-opwekking plaatsvindt nog eens honderd maal zo klein is.



Op opnamen in zichtbaar licht ziet het stelsel als geheel, dat zich op een afstand van 45 miljoen lichtjaar bevindt, er heel gewoon uit. Opnamen met radiotelescopen laten echter zien dat er in twee tegenovergestelde richtingen bundels geladen deeltjes (jets) uit de kern ontspringen, loodrecht op het vlak van de stofschijf. De snelheid van dit wegvliegende plasma bedraagt 3000 km per seconde. Zulke plasmabundels worden vaak waargenomen bij actieve sterrenstelsels. Hun ontstaanswijze is nog niet duidelijk, maar men vermoedt dat ook hier een zwart gat in het spel is. De oriëntatie van de plasmabundels zou bepaald worden door de rotatie-as van de stofschijf.



Plasmabundels



Een intrigerend detail is dat er een soort kegel van licht uit het centrum lijkt te komen, waarvan de as precies samenvalt met die van de plasmabundels. Volgens Jaffe gaat het hier om straling of om gloeiende, wegvliegende materie. Tijdens de eerste presentatie van de opname bij de NASA in Washington zei een astronoom dat dit beeld "vrijwel exact overeenkomt met artist impressions die gebaseerd zijn op theoretische modellen'.



Jaffe: "Iets anders wat we hebben opgemerkt is dat het optische centrum van het stelsel, zoals dat wordt afgeleid uit het helderheidsverloop rond de kern, zich niet precies bevindt op de plaats van het middelpunt van de schijf. Het zit er ongeveer 20 lichtjaar naast en dat is heel interessant. Het lijkt alsof de gehele stofschijf wat uit het centrum van het sterrenstelsel verschoven is'.



Eigenlijk is de aanwezigheid van stof in stelsels als dit heel opmerkelijk. Als het oorspronkelijk bij het stelsel zelf hoorde, zou het al lang verdwenen moeten zijn. Jaffe denkt daarom dat de schijf het overblijfsel is van een ander stelsel, dat in een vrij recent verleden door het onderhavige stelsel werd opgeslokt. In de afgelopen jaren zijn er bij verschillende elliptische en bolvormige sterrenstelsels tekenen van dit galactisch kannibalisme gevonden. Dit zou ook kunnen verklaren waarom de schijf zich niet precies in het centrum bevindt: "Hij zwabbert nog zo'n beetje rond het centrum heen en weer'.



Met de Brits-Nederlandse telescoop op La Palma is een spectrum van het centrum van het stelsel gemaakt en daaruit blijkt dat er ook heet, geïoniseerd gas ronddraait. Jaffe: "De snelheid aan de buitenrand van dit gebied bedraagt 100 km per seconde, maar die snelheid zegt nog niets over de massa van het mogelijke zwarte gat. Daarvoor is het nodig de snelheid van het gas héél dicht bij het centrum te meten. Dat wilden wij aanvankelijk ook met de Space Telescoop doen, maar toen we hoorden dat de spiegel niet goed was hebben we daarvan afgezien. Nu is het wachten op de reparatie van de spiegel, eind dit jaar'.



Jaffe heeft goede hoop dat hij opnieuw, wellicht begin 1994, waarnemingstijd op de Space Telescoop krijgt. Hij is Amerikaan, maar werkt al zes jaar in Leiden en is "Europees waarnemer'. Samen met de eveneens in Leiden werkende Ierse astronoom George Miley is hij goed voor ongeveer 15 procent van de Europese waarnemingstijd op de Space Telescoop (die weer 15 procent bedraagt van de totale waarnemingstijd).



Waarom heeft het tweetal zoveel waarnemingstijd gekregen? "Omdat wij goede projecten hebben', zegt Jaffe met een brede glimlach. En dan informatiever: "Maar ook omdat ik drie jaar op het Space Telescoop-instituut in Baltimore heb gewerkt en Miley vijf jaar. Je weet dan precies wat je nodig hebt om een goed waarnemingsvoorstel te schrijven en dat heeft enorme voordelen. Het schrijven van zo'n voorstel is zeer, zeer moeilijk. Ik was er voor dit project drie tot vier maanden mee bezig. De competitie is zo groot, dat er echt wordt gekeken of je ook maar iets verkeerd hebt voorgesteld omtrent bijvoorbeeld filters, belichtingstijden of richtprocedures'.



Datum:

14-01-1993

Sectie:

Wetenschap en Onderwijs

Pagina:

3

Onderschrift:

Tekening: Theoretische voorstelling van de activiteit in het centrum van zogeheten actieve sterrenstelsels. Straling en materie worden in tegenovergestelde richtingen uitgezonden. Alleen bij een scheve stand van de stofschijf is het mogelijk om het centrum waar te nemen, waar zich misschien een zwarte gat bevindt dat al deze activiteit veroorzaakt.; Foto's: Links Gecombineerde opname van het sterrenstelel NGC 4261 in zichtbaar licht en op radiogolflengten. In zichtbaar licht ziet men alleen het centrale sterrenstelsel zelf. Op radiogolflengten ziet men ook de twee plasmabundels die in tegenovergestelde richtingen uit het stelsel komen.; Rechts De stofschijf in het centrum van het sterrenstelsel, zoals waargenomen met de Hubble Space Telescope. Uit het midden van de schijf lijkt een kegel van licht te komen, waarvan de as samenvalt met de plasmabundels. In het heldere centrum van de schijf bevindt zich misschien een gigantisch zwart gat dat door materie uit de schijf wordt "gevoed'.

Trefwoord:

Astronomie en ruimtevaart; Wetenschap en Techniek; Exacte Wetenschappen

Persoon:

Walter Jaffe



Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.