Deze ster is de nieuwe snelheidsduivel van de Melkweg

Opgezweept door een kolossaal zwart gat, racen sterren om het hardst rond het centrum van de Melkweg. De nieuwe snelheidskampioen luistert naar de naam S4714 en haalt een topsnelheid van 24.000 km per seconde. Dat is 8% van de lichtsnelheid.

Vijf nieuwe sterren bij Sgr A* ontdekt, waaronder twee mogelijke 'squeezars': Het groen kruis duidt de ligging aan van SgrA*. Tot vorig jaar was S2 de snelst bekende ster. Intussen zijn sterren gevonden die nog dichter bij het centrum van de Melkweg staan en er nog sneller rond draaien.

Veel sterrenstelsels herbergen een knoert van een zwart gat in het centrum. Zo ook onze eigen Melkweg. Het object staat bekend als Sagittarius A* (de “*” mag je uitspreken als “ster”), of kortweg Sgr A*, met een massa van 4 miljoen keer die van de zon. In vergelijking met andere sterrenstelsels houdt ons monster zich behoorlijk gedeisd. Maar het houdt wel een heleboel sterren gevangen in een krachtig gravitatieveld. Die macabere dans van de sterren en het zwart gat maakt het ook interessant om de theorie van squeezars te toetsen en de relativiteitstheorie nog maar eens op de pijnbank te leggen.

Moeilijke klus

Een Duits onderzoeksteam van de Universiteit van Keulen onder leiding van sterrenkundige Florian Peissker heeft zich toegelegd op de studie van deze sterren, die in een sterk uitgerekte ellipsvormige baan om Sgr A* draaien. Dat is een hele klus, want de buurt rond het centrum van de Melkweg is behoorlijk dichtbevolkt en bovendien belemmeren stofwolken het zicht.

Maar met een goede telescoop, verfijnde technieken om gegevens te analyseren en engelengeduld kom je al een heel eind ver. Peissker: ‘Ik ben blij dat ik de afgelopen 7 jaar het centrum van de Melkweg heb kunnen bestuderen met de Very Large Telescope. Je moet bedreven zijn in datareductie, een scherpziend oog hebben, en verder een snuifje geluk en veel tijd’.

Nieuwe snelheidskampioen

Intussen is het oogsten begonnen voor Peissker en zijn collega’s. Vorig jaar veegden ze de ster S2 van de recordtabel. Met een snelheid van 3% van de lichtsnelheid moest ze de duimen leggen tegen S62, die een snelheid van 6,7% van de lichtsnelheid haalt. Deze maand was het hek helemaal van de dam: in een publicatie in The Astrophysical Journal stelt de groep rond Peissker in één trek maar liefst vijf snellere sterren voor.

De nieuwe recordhouder heet S4714, rond Sgr A* scherend aan 8% van de lichtsnelheid. Ter vergelijking: de zon draait met een snelheid van 230 km/s rond het centrum van de Melkweg, S4714 gaat met 24.000 km/s zowat 100 keer sneller. Maar Peissker maakt zich sterk dat ook de kampioenenstatus van S4714 van tijdelijke aard zal zijn.

Ideaal testmateriaal

De ontdekking van dit soort snelheidsduivels opent de weg naar interessante wetenschappelijke tests. In 2003 voorspelden sterrenkundigen op theoretische grond het bestaan van “squeezars”. Deze sterren draaien in een sterk elliptische baan om een supermassief zwart gat – check – waarbij de getijdenwerking van het zwart gat per rondje wat baanenergie uit de ster knijpt en omzet in warmte. Anders uitgedrukt, een squeezar begint wat feller te schijnen, maar is gedoemd om richting monster te spiraleren.

Meer nog dan S4714 is een andere van die vijf, S4711 een topkandidaat squeezar. Als de bevestiging volgt, leren sterrenkundigen bij over de interactie tussen zwarte gaten en hun stellaire prooi.

Daarnaast kan je met dit soort sterren nog scherpere tests van de algemene relativiteitstheorie uitvoeren. De vroegere kampioen S62 bevestigde alvast Einsteins theorie, maar de nieuwe helden zoals S4711 en S4714 laten in de nabije toekomst nog scherpere tests toe.

Peissker laat zijn Melkwegcentrum alvast niet meer los: ‘Deze dynamische omgeving is voor wetenschappers als een snoepwinkel voor kinderen’.

Ongrijpbaar licht ‘temmen’, Brusselse wetenschappers lukte het

Onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel en Harvard University zijn er voor het eerst in geslaagd om nabije-veld licht, dat is licht dat aan oppervlakten blijft kleven, vorm te geven.

Wanneer het over onzichtbaar licht gaat, denk je spontaan aan licht met golflengten die buiten het gebied van het zichtbaar licht vallen, zoals ultraviolet, infrarood, microgolven of X-stralen. Maar er bestaat ook licht dat we niet zien omdat het ons oog nooit bereikt. Neem bij voorbeeld een spiegel. Hoe perfect je die ook maakt, er blijft steeds een klein restje van de invallende straling kleven aan de het spiegeloppervlak. Dit heet het nabije-veld licht. Je kan het vergelijken met de druppeltjes die aan de wand van je glas blijven plakken nadat je het leeggedronken hebt.

Een klein effect met groot toepassingsbereik

Het klinkt als een leuk weetje, maar het is veel meer dan dat. Wanneer je de wereld van het allerkleinste wil onderzoeken met een optische microscoop, kan je geen structuren bestuderen die kleiner zijn dan de golflengte van het licht van je microscoop. Of als je licht door een optische vezelkabel wil jagen, moet de diameter ervan minstens even groot zijn als de golflengte van het licht.

Met het nabije-veld licht kan je deze beperkingen evenwel omzeilen en informatie vergaren op een schaal die kleiner is dan de golflengte. Daar wordt vandaag al handig gebruik van gemaakt in de ultrahoge-resolutiemicroscopie. Maar het potentieel is aanwezig voor een veel bredere waaier van toepassingen, gaande van deeltjesmanipulatie over optische communicatie en gegevensopslag tot moleculaire detectie die de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen faciliteert.

Belangrijke stap

Om dat potentieel te benutten, moet je dat nabije-veld licht wel kunnen sturen, net zoals je de ons vertrouwde lichtstralen manipuleert met lenzen, telescopen, prisma’s en hologrammen. Een groep onderzoekers heeft nu een flinke stap vooruit gezet op dat vlak. Op 24 juli publiceerden ze de resultaten van een nieuwe methode in Science.

‘Na elke stuitering verandert het licht van vorm en plant het zich voort met een ander ruimtelijk patroon’

Vincent Ginis, hoofdauteur en professor aan de Vrije Universiteit Brussel en gastprofessor aan Harvard legt uit: ‘We ontwikkelden een component waarin licht doorheen een golfgeleider beweegt. Hierin stuitert het licht heen en weer. Na elke stuitering verandert het licht van vorm en plant het zich voort met een ander ruimtelijk patroon. Wanneer alle verschillende patronen van het nabije-veld licht over elkaar heen worden gelegd, ontstaat er een specifieke vorm.’

Het nabije-veld licht gestructureerd in de vorm van een olifant in een boa-constricor. Of was het een hoed?

Die specifieke vorm laat zich voorprogrammeren door de amplitude van de fase van het stuiterende licht aan te passen. Ginis: ‘Het is een beetje als muziek. De muziek die je hoort bestaat uit een rij van vele noten die door een componist in patronen zijn samengevoegd. Het geluid van één noot alleen is erg vlak, maar met veel noten samen kun je prachtige muziek genereren. Terwijl muziek in de tijd werkt, werkt onze licht-component in een driedimensionale ruimte. Het extra intrigerende aspect van onze techniek is dat de ene noot als het ware de andere genereert.’

Met een knipoog naar Le Petit Prince structureerden Ginis en zijn collega’s het nabije-veld licht in de vorm van een olifant in een boa-constricor. Of was het een hoed?