Astronomen hebben een recordbrekende meting gedaan van de spin van een zwart gat, een van de twee fundamentele eigenschappen van zwarte gaten. NASA's Chandra X-ray Observatory laat zien dat dit zwarte gat langzamer draait dan de meeste van zijn kleinere neven.

Dit is het meest massieve zwarte gat met een nauwkeurige spinmeting en geeft hints over hoe enkele van de grootste zwarte gaten van het universum groeien.

Superzware zwarte gaten bevatten miljoenen of zelfs miljarden keren meer massa dan de zon. Astronomen denken dat bijna elk groot sterrenstelsel een superzwaar zwart gat in het centrum heeft. Hoewel het bestaan ​​van superzware zwarte gaten niet ter discussie staat, proberen wetenschappers nog steeds te begrijpen hoe ze groeien en evolueren. Een cruciaal stukje informatie is hoe snel de zwarte gaten ronddraaien.

"Elk zwart gat kan worden gedefinieerd door slechts twee cijfers:zijn spin en zijn massa", zegt Julia Sisk-Reynes van het Institute of Astronomy (IoA) van de Universiteit van Cambridge in het VK, die de nieuwe studie leidde. "Hoewel dat vrij eenvoudig klinkt, is het ongelooflijk moeilijk gebleken om die waarden voor de meeste zwarte gaten te berekenen."

Voor dit resultaat observeerden onderzoekers röntgenstralen die terugkaatsten op een schijf van materiaal dat rond het zwarte gat wervelde in een quasar die bekend staat als H1821+643. Quasars bevatten snelgroeiende superzware zwarte gaten die grote hoeveelheden straling genereren in een klein gebied rond het zwarte gat. Het zwarte gat van H1821+643, dat zich bevindt in een cluster van sterrenstelsels op ongeveer 3,4 miljard lichtjaar van de aarde, heeft een massa van tussen de drie en 30 miljard zonsmassa's, waardoor het een van de meest massieve is die we kennen. Het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg weegt daarentegen ongeveer vier miljoen zonnen.

De sterke zwaartekrachten nabij het zwarte gat veranderen de intensiteit van röntgenstraling bij verschillende energieën. Hoe groter de verandering, hoe dichter de binnenrand van de schijf moet zijn bij het punt waar het zwarte gat niet meer kan terugkeren, ook wel de waarnemingshorizon genoemd. Omdat een ronddraaiend zwart gat de ruimte met zich meesleept en materie dichterbij laat draaien dan mogelijk is voor een niet-draaiend zwart gat, kunnen de röntgengegevens laten zien hoe snel het zwarte gat ronddraait.

"We ontdekten dat het zwarte gat in H1821+643 ongeveer half zo snel ronddraait als de meeste zwarte gaten met een gewicht tussen ongeveer een miljoen en tien miljoen zonnen", zegt co-auteur Christopher Reynolds, ook van de IoA. "De vraag van een miljoen dollar is:waarom?"

Het antwoord kan liggen in hoe deze superzware zwarte gaten groeien en evolueren. Deze relatief langzame spin ondersteunt het idee dat de meest massieve zwarte gaten zoals H1821+643 het grootste deel van hun groei ondergaan door te versmelten met andere zwarte gaten, of doordat gas in willekeurige richtingen naar binnen wordt getrokken wanneer hun grote schijven worden verstoord.

Superzware zwarte gaten die op deze manier groeien, zullen waarschijnlijk vaak grote veranderingen van spin ondergaan, waaronder worden vertraagd of in de tegenovergestelde richting gerukt. De voorspelling is daarom dat de meest massieve zwarte gaten een groter bereik aan spinsnelheden zouden moeten hebben dan hun minder massieve verwanten.

Aan de andere kant verwachten wetenschappers dat minder massieve zwarte gaten het grootste deel van hun massa zullen verzamelen uit een schijf van gas die om hen heen draait. Omdat van dergelijke schijven wordt verwacht dat ze stabiel zijn, nadert de binnenkomende materie altijd vanuit een richting waardoor de zwarte gaten sneller zullen draaien totdat ze de maximaal mogelijke snelheid bereiken, namelijk de lichtsnelheid.

"De matige spin voor dit ultrazware object kan een bewijs zijn van de gewelddadige, chaotische geschiedenis van de grootste zwarte gaten van het universum", zegt co-auteur James Matthews, ook van de IoA. "Het kan ook inzicht geven in wat er miljarden jaren in de toekomst met het superzware zwarte gat van ons sterrenstelsel zal gebeuren, wanneer de Melkweg in botsing komt met Andromeda en andere sterrenstelsels."

Dit zwarte gat levert informatie die een aanvulling vormt op wat astronomen hebben geleerd over de superzware zwarte gaten die we in ons melkwegstelsel en in M ​​87 hebben gezien en die met de Event Horizon Telescope in beeld zijn gebracht. In die gevallen zijn de massa's van het zwarte gat wel bekend, maar de spin niet.

Een paper waarin deze resultaten van Sisk-Reynes en haar medewerkers worden beschreven, verschijnt in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

NASA's Marshall Space Flight Center beheert het Chandra-programma. Het Chandra X-ray Center van het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt wetenschappelijke operaties vanuit Cambridge, Massachusetts, en vluchtoperaties vanuit Burlington, Massachusetts. + Verder verkennen

Very Large Telescope onthult het dichtstbijzijnde paar superzware zwarte gaten tot nu toe