Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop hebben astronomen het grootste zwarte gat ontdekt dat de aarde ooit heeft gezien: een kosmische Titan die ‘bevroren is in de tijd’.
Dit object, een voorbeeld van een ongrijpbaar ‘zwart gat met gemiddelde massa’, zou kunnen dienen als een ontbrekende schakel in het begrijpen van het verband tussen stellaire massa en superzware zwarte gaten. Het zwarte gat lijkt ongeveer 8.200 zonnen te hebben, wat aanzienlijk massiever is dan zwarte gaten met een stellaire massa, die 5 tot 100 keer de massa van de zon hebben, en veel minder massief dan de toepasselijk genoemde superzware zwarte gaten. De massa van de zon varieert van miljoenen tot miljarden. Het dichtstbijzijnde zwarte gat met stellaire massa dat wetenschappers hebben gevonden heet Gaia-BH1 en bevindt zich op een afstand van 1560 lichtjaar.
Het nieuw ontdekte zwarte gat met middelmatige massa bevindt zich daarentegen in een prachtige cluster van ongeveer tien miljoen sterren, Omega Centauri genaamd, op 18.000 lichtjaar van de aarde.
Interessant genoeg ondersteunt het feit dat het ‘bevroren’ zwarte gat zijn groei lijkt te hebben belemmerd het idee dat Omega Centauri de overblijfselen zijn van een oud sterrenstelsel dat door ons eigen sterrenstelsel werd gekannibaliseerd.
Verwant: Bekijk in deze simulatie hoe een superzwaar zwart gat vast komt te zitten in een ‘pluizige’ schijf
Dit zou erop kunnen wijzen dat Omega Centauri eigenlijk de kern is van een klein, geïsoleerd sterrenstelsel waarvan de evolutie werd afgebroken toen de Melkweg het opslokte. Als deze gebeurtenis nooit zou plaatsvinden, zou dit interstellaire zwarte gat zich bevinden in het superzware zwarte gat van de Melkweg, Sagittarius A* (Sgr A*), 4,3 miljoen maal de massa van de zon. Het bevindt zich op een afstand van 27.000 lichtjaren van de aarde.
Op zoek naar de vermisten
Wetenschappers weten al een tijdje dat niet alle zwarte gaten gelijk zijn. Hoewel het bekend is dat zwarte gaten met een stellaire massa ontstaan door het instorten van sterren met een massa die minstens acht keer zo groot is als die van de zon, moeten superzware zwarte gaten een andere oorsprong hebben. Omdat geen enkele ster groot genoeg is om in te storten en te overleven Miljoenen Vele malen groter dan de zon.
Daarom stellen wetenschappers voor dat superzware zwarte gaten worden geboren en groeien als gevolg van de samensmeltende ketens van steeds grotere en grotere zwarte gaten. Dit is aangetoond door het detecteren van rimpelingen in de ruimtetijd, zwaartekrachtsgolven genaamd, die afkomstig zijn van een samensmeltend zwart gat.
Dit proces van samensmelting en groei van zwarte gaten, gecombineerd met de massakloof tussen zwarte gaten met stellaire massa en superzware zwarte gaten, betekent dat er een populatie van zwarte gaten met gemiddelde massa zou moeten zijn.
Niettemin lijken deze zwarte gaten met een middelmatige massa, met massa’s variërend van een paar honderd tot een paar duizend keer die van de zon, grotendeels aan de detectie te zijn ontsnapt. Dat komt omdat, net als alle zwarte gaten, deze middelgrote kosmische titanen worden gemarkeerd door buitenste grenzen die gebeurtenisgrenzen worden genoemd.
De waarnemingshorizon is het punt waarop de zwaartekrachtsinvloed van het zwarte gat zo groot wordt dat zelfs licht niet snel genoeg is om eraan te ontsnappen. Daarom kunnen zwarte gaten alleen in licht worden gezien als ze omgeven zijn door materiaal om zich mee te voeden, dat gloeit als ze opwarmen, of uit elkaar scheuren en zich voeden met een ongelukkige ster in een zogenaamde ‘getijdenverstoringsgebeurtenis’ (TDE).
Interstellaire zwarte gaten, zoals die in Omega Centauri, zijn niet omgeven door zoveel materiaal en voedsel.
Dat betekent dat astronomen wat sluwder moeten zijn bij het jagen op zulke zwarte gaten. Ze maken gebruik van de zwaartekrachteffecten die deze holtes hebben op materie, zoals sterren die eromheen draaien of licht dat er doorheen gaat. Dit nieuwe ontdekkingsteam gebruikte de vorige methode.
Een snelle ster
De jacht op dit interstellaire zwarte gat begon in 2019, toen Nadine Neumeier van het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA) en Anil Seth van de Universiteit van Utah een onderzoeksproject ontwierpen om ons begrip van de vormingsgeschiedenis van Omega Centauri te verbeteren.
In het bijzonder hebben onderzoekers en medewerker Maximilian Heberle, een MPIA Ph.D. De student wilde snel bewegende sterren vinden in Omega Centauri, wat aantoont dat de sterrenhoop een massief, dicht of compact zwart gat met een centrale motor heeft. Een vergelijkbare methode werd gebruikt om de massa en grootte van Sgr A* te bepalen aan de hand van het aantal snel bewegende sterren in het centrum van de Melkweg.
Haeberle en zijn team gebruikten meer dan 500 Hubble-afbeeldingen van deze sterrenhoop om een uitgebreide database van de bewegingen van de sterren in Omega Centauri te creëren, waarbij de snelheden van ongeveer 1,4 miljoen sterren werden gemeten. Deze steeds herhaalde waarneming van Omega Centauri werd door Hubble niet uit wetenschappelijk belang uitgevoerd, maar om zijn instrumenten te kalibreren, waardoor betere gegevens voor het werk van het team werden verkregen.
“Het zoeken naar supernova’s en het documenteren van hun beweging is als het zoeken naar een speld in een hooiberg”, zegt Heberle. Het team heeft er uiteindelijk echter geen gevonden Zeven ‘Naald-in-de-hooiberg-sterren’, die allemaal met hoge snelheid bewegen in een klein gebied in het centrum van Omega Centauri.
De hoge snelheid van deze sterren is te danken aan de geconcentreerde massa in de buurt. Als het team slechts één snelle ster zou vinden, zou het onmogelijk zijn om te bepalen of de snelheid ervan het resultaat was van een grote en nabije centrale massa, of dat de ster eenvoudigweg een op hol geslagen ster was die snel langs een recht pad reed – of niets. Centrale massa.
Door de verschillende snelheden en richtingen van de zeven sterren te vinden en te meten, kon deze vaststelling worden gedaan. Metingen onthulden een centrale massa gelijk aan 8.200 zonnen, terwijl visuele onderzoeken van de regio geen objecten aan het licht brachten die op sterren leken. Deze regio, waarvan het team heeft vastgesteld dat deze “lichtmaanden” breed is, is wat zou worden verwacht als er een zwart gat zou worden gelokaliseerd.
Ons sterrenstelsel is volwassen genoeg om in zijn hart een superzwaar zwart gat te laten groeien, ver voorbij het punt waar het zelf veel zwarte gaten met gemiddelde massa zou hebben. Het bevindt zich in de Melkweg, zegt het team, omdat kannibalisatie van het oorspronkelijke sterrenstelsel de groeiprocessen ervan vertraagde.
“Eerdere studies hebben gevraagd: ‘Dus waar zijn de supersnelle sterren?’ “We hebben nu een antwoord en bevestigen dat Omega Centauri een zwart gat met gemiddelde massa heeft”, zei Heberle. “Op ongeveer 18.000 lichtjaar afstand is dit het beste voorbeeld van een superzwaar zwart gat.”
Natuurlijk verandert dit niets aan de status van Sgr A* als het dichtstbijzijnde superzware zwarte gat bij de aarde, of aan de status van Gaia BH1 als het dichtstbijzijnde zwarte gat met stellaire massa, maar het bevestigt wel dat wetenschappers gelijk hebben. Volg mee terwijl we voor het eerst nadenken over hoe ons centrale zwarte gat een kosmische titan werd.
De studie van het team werd woensdag (10 juli) gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
/cdn.vox-cdn.com/uploads/chorus_asset/file/25594197/Genki_TurboCharger_Hero.jpg)
More Stories
JP Morgan verwacht dit jaar de basisrente met 100 basispunten te verlagen
Miljardair ruimtevaart ‘gevaarlijk’
Er ontstaat nieuwe controverse over het bezoek van Trump aan de Arlington National Cemetery