De afstand tot het Oog van Sauron

NGC 4151, het "Oog van Sauron" is een actief sterrenstelsel
waarvan men onlangs de afstand nauwkeurig heeft bepaald.
Opname: NASA.

NGC 4151 is een actief sterrenstelsel in het sterrenbeeld Jachthonden. Omwille van zijn uitzicht wordt het soms het Oog van Sauron genoemd. We kenden tot voor kort de afstand tot dit stelsel niet echt goed: de schattingen liepen uiteen van 12 tot 100 miljoen lichtjaar. Afstanden tot sterrenstelsels bepalen is niet zo gemakkelijk, vooral als er geen Cepheïden in het stelsel zitten en als er nog geen type Ia supernovae in zijn geweest. 

Maar onlangs slaagde een team sterrenkundigen er toch in om de afstand tot NGC 4151 vrij nauwkeurig te bepalen. Daarvoor gebruikten ze een zeer speciale methode. In het centrum van dit actieve stelsel zit een superzwaar zwart gat. Rond dit zwarte gat zit een schijf van stof en gas, de zogenaamde accretieschijf. Materie vanuit die schijf valt neer op het zwarte gat, waardoor het steeds groter wordt. Het zwarte gat straalt zichtbaar licht en ultraviolet licht uit. De helderheid van dit licht fluctueert onregelmatig, met nu en dan uitbarstingen en daarna rustigere periodes. Het ultraviolette licht wordt opgevangen door de accretieschijf. Het wordt door het stof in de schijf omgezet naar infrarood licht en opnieuw uitgestraald. Veronderstel nu dat er een uitbarsting is van zichtbare en ultraviolette licht bij het zwarte gat. Door de eindige lichtsnelheid duurt het een tijdje vooraleer een deel van dit licht de schijf heeft bereikt en is omgezet naar infrarood licht. Op Aarde zien we dus de uitbarsting in zichtbaar en ultraviolet licht eerst en pas later zien we ook de uitbarstinging in infrarood licht (dat een “omwegje” langs de schijf heeft gemaakt). Uit het tijdsverschil volgt de straal van de accretieschijf: die is gewoon gelijk aan het tijdsverschil maal de lichtsnelheid: 300 000 km per seconde tijdsverschil.

De truc is om de werkelijke afmetingen van de schijf te meten via het tijdsverschil tussen de uitbarstingen in zichtbaar licht en in infrarood licht en om de schijnbare afmetingen van de schijf (in boogseconden dus) te meten door in infrarood licht naar de kern van het sterrenstelsel te kijken. Uit de verhouding tussen de twee volgt de afstand tot de schijf en dus tot het sterrenstelsel.

De schijf rondom het zwarte gat in het centrum van NGC 4151 is aan de hemel erg klein: niet meer dan een duizendste van een boogseconde. Men gebruikte daarom interferometrie, met de Keck telescopen in Hawaii, om de schijf aan de hemel op te meten. Dit combineerde men met waarnemingen van de lichtvariaties van NGC 4151 van 2000 tot 2010. Men vond een afstand van 62 miljoen lichtjaar, met een nauwkeurigheid van 10%. Men hoopt nu de zelfde techniek te kunnen toepassen op andere actieve sterrenstelsels, waar ook een superzwaar zwart gat in zit met daar rond een accretieschijf.