Een team van onderzoekers van de Universiteit van Oklahoma heeft 'planetaire massa-lichamen' buiten de Melkweg ontdekt. Ze werden ontdekt in één sterrenstelsel met zwaartekrachtlens en in één cluster van zwaartekrachtlenzen met behulp van een techniek die quasar-microlensvorming wordt genoemd. Volgens de onderzoekers zijn de planetaire massa-objecten ofwel planeten ofwel primordiale zwarte gaten.
Deze detecties zijn de tweede en derde van dit type. De eerste vond plaats in 2018 met enkele van dezelfde onderzoekers. Er is momenteel geen manier om dergelijke objecten direct te detecteren, en er is geen manier om onderscheid te maken tussen planeten en kleine zwarte gaten.
"De detectie van planeetmassa-objecten, ofwel vrij zwevende planeten of primordiale zwarte gaten, is uiterst waardevol voor het modelleren van de vorming van sterren / planeten of het vroege heelal", aldus hoofdauteur Dai in een persbericht. "Zelfs zonder de twee populaties te ontbinden, ligt onze limiet op de oorspronkelijke populatie van zwarte gaten al een paar ordes van grootte onder de vorige limieten in dit massabereik."
Het nieuwe artikel waarin deze bevindingen worden beschreven, is getiteld "Confirmation of Planet-mass Objects in Extragalactic Systems." De auteurs zijn Saloni Bhatiani, Xinyu Dai en Eduardo Guerras. Het artikel is gepubliceerd in The Astrophysical Journal.
We hebben de afgelopen jaren veel geleerd over de verscheidenheid en relatieve overvloed aan planeten in ons eigen Melkwegstelsel. Maar hoe zit het met andere sterrenstelsels? Ze zijn moeilijk te onderzoeken op dat detailniveau, wat betekent dat we heel weinig bewijs hebben gehad over extra-galactische planeten, alleen veronderstellingen. Maar een nieuwe techniek gebaseerd op quasar-microlensing geeft ons meer bewijs.
De techniek is gebaseerd op het licht van heldere, ver verwijderde Active Galactic Nuclei (AGN) of quasars. Met dat licht konden de onderzoekers het spectrum bestuderen in de lichtsignaturen van de planetaire lichamen. Hierdoor konden ze 'de fractie van deze planeetmassa-objecten beperken ten opzichte van de galactische halo'. De objecten zijn ongeveer 0,01% van de totale massa van hun gaststelsels. Hun massa's variëren van Jupiter tot Maanmassa en zorgen voor de strengste beperkingen op dit massabereik.
De twee systemen zijn Q J0158-4325 en SDSS J1004 + 4112.
Deze objecten zijn door de zwaartekracht niet gebonden en volgens de onderzoekers zijn ze een van de twee dingen: malafide, vrij zwevende planeten die zijn uitgestoten of verstrooid tijdens de vorming van sterren en planeten; of oerzwarte gaten. Zoals de onderzoekers in hun paper zeggen: "Onze analyse suggereert dat ongebonden planeetmassa-objecten universeel zijn in sterrenstelsels, en we veronderstellen dat de objecten ofwel vrij zwevende planeten zijn, ofwel primordiale zwarte gaten."
“We kunnen consequent signalen uit planeetmassa-objecten in verre melkwegstelsels halen. Dit opent een nieuw venster in de astrofysica. ”
Saloni Bhatiani, co-onderzoeker en Ph.D. student bij OU.
Deze studie toont aan dat planetaire massa-objecten waarschijnlijk universeel zijn in sterrenstelsels. Het biedt ook de allereerste beperkingen op massa voor het intraclustergebied van een cluster van sterrenstelsels. Voor primordiale zwarte gaten liggen deze limieten enkele grootteordes onder de vorige limieten. Zoals ze in hun paper zeggen: "De planeet tot astronomische donkere materie op stellaire schaal staat ook bekend als massieve compacte halo-objecten (MACHO's). Het was voorheen beperkt tot minder dan 10% van de totale massa van de Melkweg." Maar dit werk brengt dat terug tot ongeveer 0,01% van de totale massa van hun gaststelsels.
"We zijn erg enthousiast over de detecties in twee nieuwe systemen", zegt Ph.D. student Saloni Bhatiani, die een van de onderzoekers was. “We kunnen consequent signalen uit planeetmassa-objecten in verre melkwegstelsels halen. Dit opent een nieuw venster in de astrofysica. ”
Zoals het artikel zegt: “De getalsdichtheid van FFP's (vrij zwevende planeten) hangt niet alleen af van de gedetailleerde ejectieprocessen, maar ook van de modellen voor planeetvorming. Men denkt dat er tijdens het inflatieperiode primordiale zwarte gaten worden gevormd door kwantumfluctuaties. Daarom kunnen deze planeetmassa-objecten ofwel dienen als een sonde van het proces van ster / planeetvorming en verstrooiing, of van de fundamentele fysica in het zeer vroege heelal in het inflatietijdperk. '
Dit werk is dus opvallend omdat het het bestaan van planetaire massa-objecten bevestigt toen het heelal nog maar half zo oud was.
De gegevens die dit werk ondersteunen, kwamen van NASA's Chandra X-ray Observatory. Het observationele bewijs voor deze planeetmassa-objecten was afgeleid van de microlensingsignalen die verschijnen als verschuivingen in de röntgenemissielijn van de quasar. Deze waarnemingsmetingen werden vergeleken met simulaties voor microlensing die werden berekend op het OU Supercomputing Center for Education and Research.
Primordiale zwarte gaten gevormd in het vroege heelal. Ze zijn grotendeels hypothetisch en als ze bestaan, zijn ze gevormd in de eerste seconde na de oerknal. In die tijd was het universum eerder hobbelig dan homogeen, en astronomen denken dat sommige dichte, hete gebieden in zwarte gaten kunnen zijn ingestort.
Al geruime tijd dachten wetenschappers, waaronder wijlen Stephen Hawking, dat donkere materie primordiale zwarte gaten zouden kunnen zijn. Maar die theorie lijkt te zijn neergelegd in een paper uit 2019.
Meer:
- Persbericht: OU-onderzoeksgroep bevestigt planeetmassa-objecten in extrragalactische systemen
- Onderzoekspaper: Bevestiging van planeetmassa-objecten in extragalactische systemen
- Space Magazine: nu weten we dat donkere materie geen primordiale zwarte gaten zijn
