Een afbeelding van het centrale gebied van het starburst-sterrenstelsel M82. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
Wetenschappers die de Rossi X-ray Timing Explorer van NASA gebruiken, hebben een gedoemde ster gevonden in een baan die lijkt op een middelgroot zwart gat? een theoretische 'tussenliggende' categorie van zwart gat die al meer dan een decennium aan bevestiging is onttrokken en wetenschappers heeft gefrustreerd.
Met de ontdekking van de ster en zijn omlooptijd zijn wetenschappers nu nog maar één stap verwijderd van het meten van de massa van zo'n zwart gat, een stap die zou helpen het bestaan ervan te verifiëren. De periode en locatie van de ster passen al in de belangrijkste theorie over hoe deze zwarte gaten zich zouden kunnen vormen.
Een team onder leiding van prof. Philip Kaaret van de Universiteit van Iowa, Iowa City, maakte deze resultaten vandaag bekend in Science Express. De resultaten zullen ook verschijnen in het nummer van Science van 27 januari.
"We hebben deze anders gewone ster gevangen in een unieke fase in zijn evolutie, tegen het einde van zijn leven, toen hij opgeblazen was in een rode gigantische fase", zei Kaaret. “Het gevolg is dat gas van de ster in het zwarte gat terechtkomt, waardoor het hele gebied oplicht. Dit is een goed bestudeerd gebied aan de hemel en we zagen de ster met een beetje geluk en veel doorzettingsvermogen. ”
Een zwart gat is een object dat zo dicht is en met een zwaartekracht die zo intens is dat niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen aan zijn aantrekkingskracht eenmaal binnen zijn grens. Een gebied met een zwart gat wordt zichtbaar wanneer er materie naar toe valt en het wordt verhit tot hoge temperaturen. Dit licht wordt uitgezonden voordat de materie de grens overschrijdt, de zogenaamde eventhorizon.
Ons sterrenstelsel is gevuld met miljoenen zwarte gaten met een stellaire massa, elk met de massa van een paar zonnen. Deze ontstaan door het instorten van zeer zware sterren. De meeste sterrenstelsels hebben in hun kern een superzwaar zwart gat, dat de massa van miljoenen tot miljarden zonnen bevat die beperkt zijn tot een gebied dat niet groter is dan ons zonnestelsel. Wetenschappers weten niet hoe deze ontstaan, maar het brengt waarschijnlijk de ineenstorting van enorme hoeveelheden primair gas met zich mee.
"In het afgelopen decennium hebben verschillende satellieten aanwijzingen gevonden voor een nieuwe klasse van zwarte gaten, die tussen de 100 en 10.000 zonsmassa's zou kunnen zijn", zegt Dr. Jean Swank, Rossi Explorer-projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt. Md. 'Er is discussie geweest over de massa en hoe deze zwarte gaten zich zouden vormen. Rossi heeft voor een groot nieuw inzicht gezorgd. ”
Deze vermoedelijke zwarte gaten in het midden van de massa worden ultra-lichtgevende röntgenobjecten genoemd omdat ze heldere bronnen van röntgenstralen zijn. In feite zijn de meeste van deze schattingen van de massa van zwarte gaten uitsluitend gebaseerd op een berekening van hoe sterk een zwaartekrachttrekking nodig is om licht met een bepaalde intensiteit te produceren.
De groep van Kaaret aan de Universiteit van Iowa, met onder meer prof. Cornelia Lang en Melanie Simet, een student, heeft een meting gemaakt die in de vergelijking kan worden gebruikt om de massa direct te berekenen. Met behulp van eenvoudige Newtoniaanse fysica kunnen wetenschappers de massa van een object berekenen zodra ze een omlooptijd en snelheid van kleinere objecten die eromheen draaien kennen.
"We vonden elke 62 dagen een stijging en daling in röntgenlicht, waarschijnlijk veroorzaakt door de baan van de begeleidende ster rond het zwarte gat," zei Simet. ? De snelheid zal echter moeilijk te bepalen zijn, omdat de ster zich in zo'n stof verduisterd gebied bevindt. Dit maakt het voor optische en infraroodtelescopen moeilijk om de ster te observeren en snelheidsberekeningen te maken. Maar voor nu is het heel onthullend om alleen de baanperiode te kennen.?
Het vermoedelijke zwarte gat in de middenmassa, bekend als M82 X-1, is een goed bestudeerd ultra-lichtgevend röntgenobject in een nabijgelegen sterrenhoop met ongeveer een miljoen sterren verpakt in een gebied van slechts ongeveer 100 lichtjaar in doorsnee. Een leidende theorie stelt dat een veelvoud aan sterbotsingen gedurende een korte periode in een overvolle regio een kortstondige gigantische ster zal creëren die ineenstort tot een zwart gat van 1000 zonsmassa. Het cluster bij M82 X-1 heeft een dichtheid die hoog genoeg is om zo'n zwart gat te vormen. Geen enkele normale metgezel kon genoeg brandstof leveren om de M82 X-1 zo helder te laten schijnen. Maar de orbitale periode van 62 dagen impliceert dat de metgezel een zeer lage dichtheid moet hebben. Dit past in het scenario van een opgeblazen superreuzenster die massa verliest met een snelheid die hoog genoeg is om M82 X-1 van brandstof te voorzien.
"Met deze ontdekking van de orbitale periode hebben we nu een consistent beeld van de hele evolutie van een mid-mass zwart gat binair", zei Kaaret. "Het werd gevormd in een‘ super ’sterrencluster; het zwarte gat ving toen een metgezelster; de begeleidende ster evolueerde naar het gigantische podium; en we zien het nu als een extreem lichtgevende röntgenbron omdat de begeleidende ster is uitgezet en het zwarte gat voedt. ”
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
