Hubble vindt beste bewijs voor ongrijpbaar middelgroot zwart gat

[univers]

De indruk van deze kunstenaar toont een ster die wordt verscheurd door een zwart gat met een gemiddelde massa (IMBH), omgeven door een accretieschijf. Deze dunne, roterende materiaalschijf bestaat uit de restanten van een ster die door de getijdenkrachten van het zwarte gat uit elkaar werd gerukt. Credit: ESA / Hubble, M. Kornmesser

Nieuwe gegevens van de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop hebben het sterkste bewijs tot nu toe geleverd voor middelgrote zwarte gaten in het heelal. Hubble bevestigt dat dit zwarte gat met "gemiddelde massa" in een dichte sterrenhoop woont.

Intermediaire massa zwarte gaten (IMBH's) zijn een lang gezochte "ontbrekende schakel" in de evolutie van zwarte gaten. Er zijn tot nu toe een paar andere IMBH-kandidaten gevonden. Ze zijn kleiner dan de superzware zwarte gaten die aan de kernen van grote sterrenstelsels liggen, maar groter dan zwarte gaten met een stellaire massa die worden gevormd door de ineenstorting van zware sterren. Dit nieuwe zwarte gat is meer dan 50.000 keer de massa van onze zon.

IMBH's zijn moeilijk te vinden. “Zwarte gaten met een gemiddelde massa zijn zeer ongrijpbare objecten, en daarom is het van cruciaal belang om voor elke kandidaat zorgvuldig alternatieve verklaringen te overwegen en uit te sluiten. Dat is wat Hubble ons heeft toegestaan ​​te doen voor onze kandidaat ”, zegt Dacheng Lin van de University of New Hampshire, hoofdonderzoeker van de studie 1 .

Lin en zijn team gebruikten Hubble om aanwijzingen op te volgen van NASA's Chandra X-ray Observatory en de X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton) van de European Space Agency , die drie röntgentelescopen met hoge doorvoer en een optische monitor draagt om lange ononderbroken opnamen te maken met zeer gevoelige waarnemingen.


Hubble ontdekt zwarte gaten op onverwachte plaatsen. Credit: NASA / ESA en G. Bacon ( STScI )

"Door meer röntgenobservaties toe te voegen, konden we de totale energie-output begrijpen", zei teamlid Natalie Webb van de Université de Toulouse in Frankrijk. 'Dit helpt ons het type ster te begrijpen dat werd verstoord door het zwarte gat.'

In 2006 ontdekten deze hoogenergetische satellieten een krachtige uitstraling van röntgenstralen, maar het was niet duidelijk of ze afkomstig waren van binnen of buiten ons sterrenstelsel. Onderzoekers schreven het toe aan een ster die uit elkaar werd gescheurd nadat hij te dicht bij een zwaartekracht krachtig compact object was gekomen, zoals een zwart gat.


Dit beeld van de Hubble-ruimtetelescoop identificeerde de locatie van een zwart gat met gemiddelde massa (IMBH), dat meer dan 50.000 keer de massa van onze zon weegt (waardoor het veel kleiner is dan de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels). Het zwarte gat, genaamd 3XMM J215022.4-055108, wordt aangegeven door de witte cirkel. Dit ongrijpbare type zwart gat werd voor het eerst geïdentificeerd via een veelbetekenende uitbarsting van röntgenstralen die werden uitgezonden door heet gas van een ster toen het werd gevangen en vernietigd door het zwarte gat. Hubble was nodig om de locatie van het zwarte gat in zichtbaar licht te bepalen. Hubble's diepe beeldvorming met hoge resolutie laat zien dat het zwarte gat zich in een dichte sterrenhoop bevindt die ver buiten ons Melkwegstelsel ligt. De sterrenhoop bevindt zich in de buurt van de melkweg in het midden van de afbeelding. Veel kleinere afbeeldingen van verre sterrenstelsels op de achtergrond verschijnen rond het beeld, inclusief een face-on spiraal net boven het centrale voorgrondstelsel. Deze foto is gemaakt met de geavanceerde camera voor enquêtes van Hubble.
Credit: NASA, ESA en D. Lin (Universiteit van New Hampshire)

Verrassend genoeg bevond de röntgenbron, genaamd 3XMM J215022.4-055108, zich niet in het centrum van een sterrenstelsel, waar normaal gesproken enorme zwarte gaten zitten. Dit wekte de hoop dat een IMBH de boosdoener was, maar eerst moest een andere mogelijke bron van de röntgenflare worden uitgesloten: een neutronenster in ons eigen Melkwegstelsel, die afkoelt na te zijn verwarmd tot een zeer hoge temperatuur. Neutronensterren zijn de extreem dichte overblijfselen van een ontplofte ster.

Hubble was op de röntgenbron gericht om de exacte locatie op te lossen. Diepe beeldvorming met hoge resolutie bevestigde dat de röntgenstralen niet afkomstig waren van een geïsoleerde bron in ons sterrenstelsel, maar van een verre, dichte sterrenhoop aan de rand van een ander sterrenstelsel - precies het soort plaats waar astronomen naar verwachting bewijs zouden vinden voor een IMBH. Uit eerder onderzoek van Hubble is gebleken dat hoe groter het sterrenstelsel is, hoe groter het zwarte gat. Daarom suggereert dit nieuwe resultaat dat de sterrenhoop waar 3XMM J215022.4-055108 zich bevindt de gestripte kern kan zijn van een dunnere melkwegstelsel met een lagere massa dat door zwaartekracht en getijden is verstoord door de nauwe interacties met het huidige grotere sterrenstelsel gastheer.


Breedveldbeeld rond het veld van J2150-0551 (grondweergave), waarin een zwart gat met gemiddelde massa genaamd 3XMM J215022.4-055108 is gedetecteerd. Credit: NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2. Erkenning: Davide De Martin

IMBH's zijn bijzonder moeilijk te vinden omdat ze kleiner en minder actief zijn dan superzware zwarte gaten; ze hebben geen gemakkelijk beschikbare brandstofbronnen en ze hebben ook geen zwaartekracht die sterk genoeg is om constant sterren en ander kosmisch materiaal naar zich toe te trekken en de veelbetekenende röntgenstraalgloed te produceren. Astronomen moeten daarom een ​​IMBH op heterdaad betrappen in de relatief zeldzame handeling van het opslokken van een ster. Lin en zijn collega's doorzochten het XMM-Newton-gegevensarchief en zochten honderdduizenden bronnen om sterk bewijs te vinden voor deze ene IMBH-kandidaat. Eenmaal gevonden, konden astronomen dankzij de röntgenstraling van de versnipperde ster de massa van het zwarte gat schatten.

Door een IMBH te bevestigen, wordt de deur geopend naar de mogelijkheid dat er nog veel meer onopgemerkt op de loer liggen in het donker, wachtend om te worden weggegeven door een ster die te dichtbij komt. Lin is van plan dit nauwgezette detectivewerk voort te zetten, met gebruikmaking van de methoden die zijn team succesvol is gebleken.


Dit is een animatie van een zeldzaam en exotisch zwart gat met een gemiddelde massa in het centrum van een sterrenhoop, vergelijkbaar met datgene waarvan wordt gedacht dat het zich in het centrum van de bolhoop Messier 15 bevindt. Het bestuderen van deze ongebruikelijke zwarte gaten zou ons kunnen vertellen hoe dergelijke objecten groeien en evolueren binnen zowel sterrenhopen als sterrenstelsels.
Credit: NASA, ESA en M. Kornmesser

"Het bestuderen van de oorsprong en evolutie van de zwarte gaten met tussenliggende massa zal uiteindelijk een antwoord geven op hoe de superzware zwarte gaten die we in de centra van massieve sterrenstelsels vinden, zijn ontstaan", voegde Webb eraan toe.

Zwarte gaten zijn een van de meest extreme omgevingen waar mensen zich van bewust zijn, en daarom zijn ze een proeftuin voor de wetten van de natuurkunde en ons begrip van hoe het universum werkt. Groeit er een superzwaar zwart gat uit een IMBH? Hoe vormen IMBH's zelf? Zijn dichte sterrenhopen hun favoriete thuis? Met een zelfverzekerde conclusie van één mysterie, vinden Lin en andere astronomen met een zwart gat dat ze nog veel meer opwindende vragen moeten stellen.

https://www.spacetelescope.org/news/heic2005/