16/04/2024
2451 Keer bekeken
13 Vind ik leuk
Door zich te verdiepen in de rijkdom aan gegevens van de Gaia-missie van het European Space Agency hebben wetenschappers de ‘slapende reus’ ontdekt. Een enorm zwart gat, bijna 33 keer de massa van de zon, verborg zich in het sterrenbeeld Gier, op minder dan 2000 lichtjaar van de aarde. Dit is de eerste keer dat een zwart gat van stellaire oorsprong van deze omvang is waargenomen in het Melkwegstelsel. Tot nu toe zijn dit soort zwarte gaten alleen waargenomen in zeer verre sterrenstelsels. Deze ontdekking daagt ons begrip uit van hoe massieve sterren ontstaan en evolueren.
De materie in een zwart gat is zo compact dat niets aan de enorme zwaartekracht kan ontsnappen, zelfs licht niet. De overgrote meerderheid van de zwarte gaten met een stellaire massa die we kennen, slokken materie op van een nabijgelegen begeleidende ster. Het opgevangen materiaal valt met hoge snelheid op het instortende object, wordt extreem heet en zendt röntgenstraling uit. Deze systemen behoren tot een familie van hemellichamen die röntgendubbelsterren worden genoemd.
Als een zwart gat geen begeleider heeft die dichtbij genoeg is om er materie uit te stelen, genereert het geen licht en is het uiterst moeilijk te detecteren. Deze zwarte gaten worden ‘inerte’ zwarte gaten genoemd.
Ter voorbereiding op Gaia's volgende catalogusuitgave, Data Release 4 (DR4), onderzoeken wetenschappers de bewegingen van miljarden sterren en voeren ze complexe tests uit om te zien of er iets ongewoons is. De bewegingen van sterren kunnen worden beïnvloed door metgezellen: heldere sterren, zoals exoplaneten; Zwaarder als de sterren. Of heel zwaar, zoals zwarte gaten. Er zijn speciale teams in de Gaia Collaboration om “vreemde” gevallen te onderzoeken.
Eén zo'n team was nauw betrokken bij dit werk toen ze een oude reuzenster tegenkwamen in het sterrenbeeld Orion, op 1926 lichtjaar van de aarde. Door een gedetailleerde analyse van de fluctuaties in het pad van de ster ontdekten ze een grote verrassing. De ster zat gevangen in een baanbeweging met een inert zwart gat met een uitzonderlijk hoge massa, ongeveer 33 keer de massa van de zon.
Dit is het derde slapende zwarte gat dat samen met Gaia is gevonden, en het heet ‘Gaia BH3’. De ontdekking ervan is erg spannend vanwege de massa van het object. “Dit is het soort ontdekking dat je één keer in je onderzoeksleven doet”, zegt Pasquale Panozzo van het Centre National de la Recherche Scientifique, Observatorium van Parijs, in Frankrijk, die de hoofdauteur is van dit resultaat. “Tot nu toe zijn zwarte gaten van deze omvang alleen ontdekt in verre sterrenstelsels via de LIGO-Virgo-KAGRA-samenwerking, dankzij zwaartekrachtsgolfwaarnemingen.”
De gemiddelde massa van bekende zwarte gaten van stellaire oorsprong in onze Melkweg is ongeveer 10 maal de massa van onze zon. Tot nu toe werd het gewichtsrecord gehouden door een zwart gat in de röntgendubbelster in het sterrenbeeld Cygnus (Cyg X-1), dat een geschatte massa heeft van ongeveer 20 keer die van de zon.
“Het is indrukwekkend om te zien welke transformerende impact Gaia heeft op de astronomie en astrofysica”, zegt professor Carol Mundell, wetenschappelijk directeur van ESA. “De ontdekkingen reiken veel verder dan het oorspronkelijke doel van de missie, namelijk het creëren van een uiterst nauwkeurige, multidimensionale kaart van meer dan een miljard sterren in de hele Melkweg.”
Ongeëvenaarde nauwkeurigheid
De opmerkelijke kwaliteit van de Gaia-gegevens stelde wetenschappers in staat de massa van het zwarte gat met ongeëvenaarde precisie te bepalen en het meest directe bewijs te leveren dat er zwarte gaten in dit massabereik bestaan.
Astronomen worden geconfronteerd met de prangende vraag hoe ze de oorsprong van grote zwarte gaten zoals Gaia BH3 kunnen verklaren. Ons huidige begrip van hoe massieve sterren evolueren en afsterven, verklaart niet meteen hoe dit soort zwarte gaten ontstonden.
De meeste theorieën voorspellen dat massieve sterren naarmate ze ouder worden een groot deel van hun materie afstoten door sterke wind; Uiteindelijk worden ze gedeeltelijk de ruimte in geblazen wanneer ze exploderen als supernova's. Wat er nog over is van de kern krimpt, afhankelijk van zijn massa, in tot een neutronenster of een zwart gat. Kernen die groot genoeg zijn om zwarte gaten te worden met een massa van dertig keer de massa van onze zon, zijn heel moeilijk uit te leggen.
De sleutel tot het oplossen van dit mysterie kan echter heel dicht bij Gaia BH3 liggen.
Interessante metgezel
De ster die op ongeveer 16 keer de afstand tussen de zon en de aarde rond Gaia BH3 draait, is vrij ongebruikelijk: een oude reuzenster, die ontstond in de eerste twee miljard jaar na de oerknal, rond de tijd dat ons sterrenstelsel begon samen te komen. Het behoort tot de familie van galactische halosterren en beweegt in de tegenovergestelde richting van de sterren van de galactische schijf. Zijn pad doet vermoeden dat deze ster mogelijk deel uitmaakte van een klein sterrenstelsel, of bolvormige sterrenhoop, die meer dan acht miljard jaar geleden onze Melkweg binnendrong.
De begeleidende ster bevat zeer weinig elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, wat erop wijst dat de massieve ster die Gaia BH3 werd ook zeer arm aan zware elementen kan zijn. Dit is geweldig. Het ondersteunt voor het eerst de theorie dat de zwarte gaten met een hoge massa die zijn waargenomen door zwaartekrachtgolfexperimenten het gevolg zijn van de ineenstorting van massieve oersterren die arm zijn aan zware elementen. Deze vroege sterren zijn mogelijk anders geëvolueerd dan de massieve sterren die we momenteel in onze Melkweg zien.
De vorming van begeleidende sterren zou ook licht kunnen werpen op het vormingsmechanisme van dit verbazingwekkende dubbelstersysteem. ‘Wat mij verbaast is dat de chemische samenstelling van de begeleider vergelijkbaar is met wat we vinden in oude, metaalarme sterren in de Melkweg’, legt Elisabetta Cavao van de CNRS, Paris Observatory, ook lid van de Gaia-samenwerking, uit.
“Er is geen bewijs dat deze ster besmet was met materiaal dat werd uitgestoten door de supernova-explosie van de massieve ster die BH3 werd.” Dit kan erop wijzen dat het zwarte gat zijn metgezel pas na zijn geboorte heeft verworven, omdat het deze van een ander systeem heeft verkregen.
Heerlijke hapjes
De ontdekking van Gaia BH3 is nog maar het begin en er moet nog veel worden onderzocht over de raadselachtige aard ervan. Nu wetenschappers geïntrigeerd zijn, zullen dit zwarte gat en zijn metgezellen ongetwijfeld het onderwerp zijn van vele diepgaande onderzoeken die nog zullen volgen.
Het Gaia-team kwam deze ‘slapende reus’ tegen tijdens het onderzoeken van ruwe gegevens ter voorbereiding op de vierde editie van de Gaia-catalogus. Omdat het resultaat zo uitzonderlijk is, besloten ze het vóór de officiële release bekend te maken.
De volgende release van Gaia-gegevens belooft een goudmijn te worden voor het bestuderen van binaire systemen en het ontdekken van meer slapende zwarte gaten in onze Melkweg. “We hebben heel hard gewerkt om de manier waarop we specifieke datasets verwerken te verbeteren in vergelijking met de vorige datarelease (DR3), dus we verwachten meer zwarte gaten te ontdekken in DR4”, concludeert Perry Hall van de Universiteit van Genève in Zwitserland. Lid van de Gaia-samenwerking.
Opmerkingen voor de redactie
“Een slapend zwart gat met een massa van 33 zonsmassa's werd ontdekt in de pre-release astronomische meting van Gaia”door de Gaia Collaboration, P. Panuzzo, et al. gepubliceerd Astronomie en astrofysica (A&A).
Gaia is een Europese missie, gebouwd en beheerd door de European Space Agency. Het werd in 2000 goedgekeurd als een kernmissie van ESA binnen het wetenschapsprogramma Horizon 2000 Plus van ESA, met steun van alle ESA-lidstaten. De lidstaten spelen ook een sleutelrol in het wetenschappelijke deel van de missie als onderdeel van het Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) dat verantwoordelijk is voor het transformeren van ruwe gegevens In de wetenschappelijke producten van Gaia worden gegevens vrijgegeven, in samenwerking met de European Space Agency. DPAC brengt meer dan 450 specialisten uit de hele wetenschappelijke gemeenschap in Europa samen. Gaia is ontworpen en gebouwd door Astrium (nu bekend als Airbus Defense and Space), met een kernteam bestaande uit Astrium Frankrijk, Duitsland en het Verenigd Koninkrijk. Het industriële team bestond uit 50 bedrijven uit 15 Europese landen, naast bedrijven uit de Verenigde Staten. Het ruimtevaartuig werd op 19 december 2013 gelanceerd door Arianespace.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”