Zwart gat

Astronomen zoeken een zwart gat in het zonnestelsel

In 2016 ontstond de theorie dat het zonnestelsel een onbekende planeet bevat, Planeet 9. Nu denken sommige astronomen dat het geen planeet is, maar een zwart gat – en zo dichtbij dat we er misschien op een dag heen kunnen.

In 2016 ontstond de theorie dat het zonnestelsel een onbekende planeet bevat, Planeet 9. Nu denken sommige astronomen dat het geen planeet is, maar een zwart gat – en zo dichtbij dat we er misschien op een dag heen kunnen.

Shutterstock & Lotte Fredslund/NASA

Een zwakke lichtflits verschijnt aan de nachtlucht. De gloed wordt opgevangen door een grote telescoop en geanalyseerd door verbaasde astronomen – de flits komt van een zwart gat zo groot als een grapefruit, dat een komeet verslindt in de verste uithoeken van het zonnestelsel.

Dit kan het scenario voor de komende tien jaar zijn, wanneer de zoektocht naar een onbekende planeet in het zonnestelsel wordt opgevoerd. En die hypothetische planeet zou dus ook een klein zwart gat kunnen zijn.

Als dat zo is, krijgen we een buitenkans om een zwart gat van dichtbij te bestuderen – en misschien zelfs om er ooit heen te gaan.

Planeet 9 verklaart vreemde banen

Het idee van een negende planeet ontstond in 2016. In een artikel wijzen de astronomen Konstantin Batygin en Mike Brown van het California Institute of Technology in de VS erop dat er iets mysterieus is aan een paar kleine hemellichamen ver in het zonnestelsel – of preciezer: iets mysterieus aan hun baan rond de zon.

Neptunus

Volgens de theorie draait Planeet 9 om de zon op een afstand die zeker tien maal zo groot is als die van de verst bekende planeet, Neptunus. Gezien vanaf Planeet 9 zou de zon slechts een lichtstipje zijn.

© R. Hurt/IPAC/Caltech

Deze zogeheten verre Kuipergordelobjecten, meestal met een diameter van een paar honderd kilometer, komen in hun elliptische baan nooit dichter bij de zon dan de verste planeet, Neptunus.

Wetenschappers hadden verwacht dat deze banen alle kanten op zouden gaan, maar het lijkt erop dat de kleine objecten een soort gemeenschappelijke basis hebben gevonden waarmee hun banen allemaal ongeveer dezelfde kant op wijzen.

Voor zo’n gecoördineerde kosmische dans is er een stabiele partner nodig, en Batygin en Brown zijn ervan overtuigd dat de banen van de objecten zijn uitgelijnd door een vrij grote planeet – een nog niet eerder ontdekte negende planeet in het zonnestelsel

Rotatiebanen

De kleine Kuipergordelobjecten (blauw) komen nooit dichter bij de zon dan de buitenste bekende planeet, Neptunus (wit, cirkelvormige baan).

© M. Weiss/Caltech

Onbekend object brengt evenwicht in het zonnestelsel

Ver weg in het zonnestelsel draaien Kuipergordelobjecten rond. Aan hun baan te zien moet er wel een onbekend voorwerp aanwezig zijn, dat ze met zijn zwaartekracht beïnvloedt.

Kuipergordelobjecten

hebben langgerekte banen (blauw), die allemaal in ongeveer dezelfde richting van de zon af wijzen.

Een onbekend, zwaar object

met een baan de andere kant op (rood) kan ervoor zorgen dat de kleine objecten dezelfde kant op gaan.

In de loop van miljoenen jaren zou de zwaartekracht van een veel grotere planeet dan de aarde invloed uitoefenen op de kleinere objecten, waardoor hun banen dichter bij elkaar zouden komen te liggen dan aanvankelijk het geval was.

Het gewicht van zes aardes

De afgelopen vijf jaar hebben Batygin en Brown hun berekeningen verfijnd en nieuw ontdekte objecten in hun analyses opgenomen.

In augustus 2021 berekende het duo dat Planeet 9 zes keer zo veel massa moet hebben als de aarde, waarmee het de op vier na grootste planeet in het zonnestelsel zou zijn – groter dan de vier rotsplaneten bij elkaar, maar iets kleiner dan de ijsreus Uranus.

Astronomen hebben ook ontdekt dat Planeet 9 heel ver weg staat: waarschijnlijk minstens 300 keer zo ver van de zon als de aarde, wat neerkomt op 45 miljard kilometer of meer.

Waarschijnlijkheidskaart

Astronomen hebben geschetst waar je aan de hemel moet zoeken naar Planeet 9. De kans is het grootst in een golvende band over de hemel en het grootst in het rode gebied.

© Michael Brown & Konstantin Batygin/Lotte Fredslund

Een planeet zou makkelijk te vinden moeten zijn, zelfs op zo’n grote afstand, maar ondanks een verbeten zoektocht hebben astronomen Planeet 9 nog niet gevonden.

Drie mogelijke oplossingen

Er zijn drie mogelijke verklaringen. De eerste is dat Planeet 9 niet bestaat. Misschien zijn de Kuipergordelobjecten door puur toeval in eenzelfde baan terechtgekomen.

Volgens Batygin en Brown is er echter maar 0,4 procent kans dat dit gebeurt, en andere astronomen wijzen erop dat er heel wat onontdekte hemellichamen kunnen zijn, wat het beeld zou kunnen veranderen.

Met een vollediger beeld van de verste objecten in het zonnestelsel zou het patroon van de banen wel eens kunnen verdwijnen, en zou er helemaal geen noodzaak zijn van een verre planeet.

De tweede mogelijkheid is dat Planeet 9 zich verbergt op een plek waar geen grote telescopen op gericht zijn.

Bij de aanstaande zoektocht naar Planeet 9 moeten de astronomen het vooral hebben van een gloednieuwe telescoop, die al klaarstaat op de top van de berg Cerro Pachón in Chili: de Simonyi Survey Telescope in het Vera C. Rubin Observatory.

De spiegel van de telescoop heeft een diameter van 8,4 meter en bevat de grootste digitale camera ter wereld, die foto’s maakt met een resolutie van 3,2 gigapixels.

Vera C. Rubin-observatorium

Het Vera C. Rubin-observatorium zal in 2022 klaar zijn en in 2023 volledig operationeel zijn.

© Rubin Observatory/NSF/AURA

Het Rubin-observatorium zal de komende tien jaar automatisch de hemel afspeuren en kan daarbij verre Kuipergordelobjecten en nog niet ontdekte planeten opsporen.

Maar er is nog een derde mogelijkheid: Planeet 9 kan een zwart gat zijn.

Het idee werd in 2020 geopperd door de Britse natuurkundige Jakub Scholtz en zijn Amerikaanse collega James Unwin, en het zou verklaren waarom het object nog niet is gevonden. Zwarte gaten zijn moeilijk op te sporen, omdat hun zwaartekracht zo sterk is dat niets – zelfs licht niet – eraan kan ontsnappen.

Als Planeet 9 een zwart gat is, is dit zo groot als een grapefruit.

Een zwart gat is een zeer compact hemellichaam waarin materie extreem sterk is samengeperst. Een zwart gat met een massa van zes aardes is dus niet erg groot: het zou met een diameter van circa 11 centimeter zo groot zijn als een kleine grapefruit.

Kleine zwarte gaten zijn oeroud

Het probleem met deze theorie is dat zulke kleine zwarte gaten misschien helemaal niet bestaan.

Astronomen kennen maar twee soorten zwarte gaten in het heelal. De meeste zijn van het type dat ontstaat wanneer een zeer grote ster opbrandt en instort. Hun massa varieert van circa drie tot 65 maal die van de zon.

En dan zijn er nog de superzware zwarte gaten die zich verbergen in de centra van sterrenstelsels en die een massa hebben van miljoenen of zelfs miljarden sterren.

Kleine zwarte gaten met massa’s zoals planeten of kleiner kunnen zich niet vormen in het huidige heelal, dus als ze bestaan moeten ze zijn ontstaan tijdens de eerste seconde van de geschiedenis van het heelal, toen het heel klein was en een zeer hoge dichtheid had.

Niemand weet of deze zogeheten primordiale zwarte gaten bestaan, maar als Planeet 9 een zwart gat is, moet het er wel een van dat type zijn.

Zwart gat kan kometen opslokken

Een klein zwart gat dat geen straling uitzendt is heel moeilijk te vinden, maar het is niet onmogelijk. Als een komeet te dicht bij het zwarte gat komt, zal hij door de hevige zwaartekracht uiteen worden gereten, en wanneer hij in het gat vliegt zal zijn materiaal kortstondig zozeer worden verhit dat het zichtbaar licht uitzendt.

De plotselinge vlam zou vanaf de aarde te zien moeten zijn, en ook hier hebben astronomen de hoogste verwachtingen van het scherpe oog van het Rubin-observatorium.

Een zwart gat van maar 11 centimeter is moeilijk te vinden, maar er is een kleine kans. Als een komeet te dichtbij komt, zal hij door de zwaartekracht van het gat uiteengereten worden en een lichtflits uitzenden.

Komeet
© Shutterstock

Zwart gat krijgt gezelschap van een komeet

In de buitengebieden van het zonnestelsel draaien miljarden kleine ijsbollen rond in de Oortwolk. De objecten die de wolk verlaten en dichter bij de zon komen, noemen we kometen. Sommige daarvan kunnen zich dicht bij het zwarte gat bevinden.

Komeet
© M. Weiss/Caltech/Shutterstock

Komeet valt uiteen en licht op

Als een komeet te dichtbij komt, wordt hij uiteengereten door de zwaartekracht van het zwarte gat. Zijn materiaal vliegt naar het gat toe en wordt opgeslokt. Tijdens het proces wordt het materiaal heet en gloeit het even fel op.

Ruimtestation
© Todd Mason, Mason Productions Inc./LSST Corp.

Nieuwe telescoop kan lichtflits ontwaren

Met de nieuwe Simonyi Survey Telescope in Chili kunnen astronomen de lichtflits opvangen als het zwarte gat een komeet opslokt. Astronomen van Harvard University in de VS hebben berekend dat dit een paar keer per jaar zou kunnen gebeuren.

De ontdekking van een klein primordiaal zwart gat zou op zich al een sensatie zijn, zeker omdat volgens sommige wetenschappers de zogeheten donkere materie – mysterieuze, onzichtbare materie die 85 procent van alle materie in het heelal uitmaakt – uit dergelijke zwarte gaten kan bestaan.

Tegelijkertijd zou een zwart gat zo dicht bij ons enorme perspectieven bieden. Zodra astronomen de baan van het zwarte gat kennen, kunnen ze er een reis heen plannen. Die zal tientallen jaren duren, maar de kans om de sonde in een baan rond het zwarte gat te brengen zal de moeite waard zijn.

Als dat gebeurt, zal het zwarte gat in het zonnestelsel een laboratorium van onschatbare waarde zijn voor astrofysici. Ze kunnen onder meer bestuderen of Einsteins algemene relativiteitstheorie – onze beste theorie van de zwaartekracht – standhoudt onder de meest extreme omstandigheden.

Maar eerst moeten astronomen erachter komen of het zwarte gat überhaupt bestaat.