Hubble bepaalt massa van geïsoleerd zwart gat dat door ons melkwegstelsel dwaalt

[univers]

HUBBLE VINDT FANTOOMAFDRUK IN DE RUIMTE EN ONTHULT ZWERVEND STELLAIR LIJK
Ons Melkwegstelsel wordt achtervolgd. De enorme kloof tussen de sterren wordt begroeid met de dode, uitgebrande en verpletterde overblijfselen van ooit glorieuze sterren. Deze zwarte gaten kunnen niet direct worden gezien omdat hun intense zwaartekracht licht opslokt. Net als legendarische rondzwervende geesten, kan hun aanwezigheid alleen worden afgeleid door te zien hoe ze de omgeving om hen heen beïnvloeden.

Stel je voor dat je de massa van een vloot slagschepen verplettert tot iets dat niet groter is dan een honkbal. Dat begint pas de oneindige dichtheid te beschrijven die is opgesloten in een zwart gat dat is overgebleven van een stellaire explosie. Het zwarte gat is typisch meerdere malen de massa van onze zon. De intense zwaartekracht van zoiets dichts vervormt het weefsel van de ruimte eromheen, als een bowlingbal die over de huid van een trampoline rolt. Sterrenlicht dat in de buurt van dit door de zwaartekracht veroorzaakte gat in de ruimte passeert, wordt afgebogen. En zo worden de fantoomzwarte gaten gevonden.

Astronomen schatten dat er tussen de 100 miljard sterren in onze melkweg 100 miljoen zwarte gaten zouden moeten rondzwerven. Maar omdat zwarte gaten zelf geen licht uitstralen, zijn ze uiterst moeilijk te detecteren. Nu hebben astronomen eindelijk duidelijk bewijs gevonden voor het vinden van een in een naald-in-een-hooiberg zoektocht tussen een sneeuwstorm van sterren gezien in de richting van het galactische centrum. Het licht van een ster ver achter het zwarte gat werd even helderder en afgebogen door het zwarte gat dat ervoor passeerde. Dit was een lange en nauwgezette meting waarvoor de voortreffelijke resolutie van de Hubble Ruimtetelescoop zeer geschikt is. De krachtige zwaartekracht van het zwarte gat liet een unieke vingerafdruk achter op de afbuiging van sterlicht, waardoor andere potentiële zwaartekrachtlenskandidaten werden geëlimineerd.

We hoeven ons geen zorgen te maken, want het zwarte gat bevindt zich op 5000 lichtjaar afstand. Maar statistisch gezien betekent deze detectie dat het dichtstbijzijnde rondzwervende zwarte gat naar de aarde niet meer dan 80 lichtjaar verwijderd zou kunnen zijn.


Dit is een illustratie van een close-up van een zwart gat dat door ons Melkwegstelsel drijft. Het zwarte gat is het verbrijzelde overblijfsel van een massieve ster die explodeerde als een supernova. De overgebleven kern is meerdere malen de massa van onze zon. Het zwarte gat vangt licht op vanwege zijn intense zwaartekrachtsveld. Het zwarte gat vervormt de ruimte eromheen, waardoor beelden van achtergrondsterren die er bijna direct achter staan ​​vervormd. Dit zwaartekracht "lens"-effect biedt het enige veelbetekenende bewijs voor het bestaan ​​van eenzame zwarte gaten die rondzwerven in onze melkweg, die mogelijk een populatie van 100 miljoen heeft. De Hubble-ruimtetelescoop gaat op jacht naar deze zwarte gaten door te zoeken naar vervorming in sterlicht wanneer de zwarte gaten voor achtergrondsterren drijven. CREDITS:AFBEELDING: FECYT, IAC

Astronomen schatten dat 100 miljoen zwarte gaten tussen de sterren in ons Melkwegstelsel rondzwerven, maar ze hebben nooit een geïsoleerd zwart gat definitief geïdentificeerd. Na zes jaar nauwgezette observaties heeft NASA's Hubble-ruimtetelescoop voor de eerste keer ooit direct bewijs geleverd voor een eenzaam zwart gat dat door de interstellaire ruimte drijft door een nauwkeurige massameting van het fantoomobject. Tot nu toe zijn alle massa's van zwarte gaten statistisch afgeleid, of door interacties in binaire systemen of in de kernen van sterrenstelsels. Zwarte gaten met stellaire massa worden meestal gevonden met begeleidende sterren, wat deze ongewoon maakt.

Het nieuw ontdekte rondzwervende zwarte gat bevindt zich op ongeveer 5000 lichtjaar afstand, in de Carina-Sagittarius-spiraalarm van ons melkwegstelsel. Dankzij de ontdekking ervan kunnen astronomen echter inschatten dat het dichtstbijzijnde geïsoleerde zwarte gat met stellaire massa bij de aarde zich op 80 lichtjaar afstand zou kunnen bevinden. De dichtstbijzijnde ster bij ons zonnestelsel, Proxima Centauri, bevindt zich op iets meer dan 4 lichtjaar afstand.

Zwarte gaten die door onze melkweg zwerven, worden geboren uit zeldzame, monsterlijke sterren (minder dan een duizendste van de stellaire populatie van de melkweg) die minstens 20 keer massiever zijn dan onze zon. Deze sterren exploderen als supernova's en de overgebleven kern wordt door de zwaartekracht verpletterd tot een zwart gat. Omdat de zelfontploffing niet perfect symmetrisch is, kan het zwarte gat een schop krijgen en als een opgeblazen kanonskogel door ons melkwegstelsel razen.

Telescopen kunnen een eigenzinnig zwart gat niet fotograferen omdat het geen licht uitstraalt. Een zwart gat vervormt echter de ruimte, die vervolgens het sterlicht afbuigt en versterkt van alles dat zich tijdelijk precies erachter bevindt.

Telescopen op de grond, die de helderheid van miljoenen sterren in de rijke stervelden in de richting van de centrale uitstulping van onze Melkweg volgen, zoeken naar een veelbetekenend plotseling oplichten van een van hen wanneer een massief object tussen ons en de ster passeert. Dan volgt Hubble de meest interessante evenementen op.

Twee teams gebruikten Hubble-gegevens bij hun onderzoek - een onder leiding van Kailash Sahu van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland; en de andere door Casey Lam van de University of California, Berkeley. De resultaten van de teams verschillen enigszins, maar beide wijzen op de aanwezigheid van een compact object.

De kromming van de ruimte als gevolg van de zwaartekracht van een object op de voorgrond dat voor een ster ver achter hem passeert, zal tijdelijk het licht van de achtergrondster buigen en versterken wanneer deze ervoor passeert. Astronomen gebruiken het fenomeen, gravitationele microlensing genaamd, om sterren en exoplaneten te bestuderen in de ongeveer 30.000 gebeurtenissen die tot nu toe in onze melkweg zijn waargenomen.

De handtekening van een zwart gat op de voorgrond onderscheidt zich als uniek onder andere microlens-gebeurtenissen. De zeer intense zwaartekracht van het zwarte gat verlengt de duur van de lensing-gebeurtenis voor meer dan 200 dagen. Als het tussenliggende object in plaats daarvan een voorgrondster zou zijn, zou het een tijdelijke kleurverandering in het sterrenlicht veroorzaken, zoals gemeten, omdat het licht van de voorgrond- en achtergrondsterren tijdelijk met elkaar zouden versmelten. Maar er was geen kleurverandering te zien tijdens het zwarte gat.

Vervolgens werd Hubble gebruikt om de mate van doorbuiging van het beeld van de achtergrondster door het zwarte gat te meten. Hubble is in staat tot de buitengewone precisie die nodig is voor dergelijke metingen. Het beeld van de ster was ongeveer een milliboogseconde verschoven van waar het normaal gesproken zou zijn. Dat komt overeen met het meten van de diameter van een munt van 25 cent in Los Angeles, gezien vanuit New York City.

Deze astrometrische microlenstechniek verschafte informatie over de massa, afstand en snelheid van het zwarte gat. De hoeveelheid afbuiging door de intense kromming van de ruimte van het zwarte gat stelde Sahu's team in staat om te schatten dat het zeven zonsmassa's weegt.

Het team van Lam meldt een iets lager massabereik, wat betekent dat het object een neutronenster of een zwart gat kan zijn. Ze schatten dat de massa van het onzichtbare compacte object tussen de 1,6 en 4,4 keer die van de zon is. Aan de bovenkant van dit bereik zou het object een zwart gat zijn; aan de onderkant zou het een neutronenster zijn.

"Hoe graag we ook willen zeggen dat het absoluut een zwart gat is, we moeten alle toegestane oplossingen melden. Dit omvat zowel zwarte gaten met een lagere massa en mogelijk zelfs een neutronenster", zegt Jessica Lu van het Berkeley-team.

"Wat het ook is, het object is het eerste donkere stellaire overblijfsel dat door de melkweg is ontdekt zonder begeleiding van een andere ster", voegde Lam eraan toe.

Dit was een bijzonder moeilijke meting omdat er een heldere, niet-verwante ster is die qua hoekafstand extreem dicht bij de bronster staat. "Dus het is alsof je probeert de kleine beweging van een vuurvlieg naast een felle gloeilamp te meten", zei Sahu. "We moesten het licht van de nabije heldere ster nauwkeurig aftrekken om de doorbuiging van de zwakke bron nauwkeurig te meten."

Sahu's team schat dat het geïsoleerde zwarte gat met 100.000 mijl per uur of 160.000 kilometer door de melkweg reist (snel genoeg om in minder dan drie uur van de aarde naar de maan te reizen). Dat is sneller dan de meeste andere naburige sterren in dat deel van onze melkweg.

"Astrometrische microlensing is conceptueel eenvoudig, maar observatietechnisch erg moeilijk", zegt Sahu. "Microlensing is de enige beschikbare techniek om geïsoleerde zwarte gaten te identificeren." Toen het zwarte gat voor een achtergrondster langs ging op 19.000 lichtjaar afstand in de galactische uitstulping, werd het sterlicht dat naar de aarde kwam gedurende 270 dagen versterkt terwijl het zwarte gat voorbijging. Het duurde echter enkele jaren van Hubble-waarnemingen om te volgen hoe de positie van de achtergrondster leek te worden afgebogen door de afbuiging van het licht door het zwarte gat op de voorgrond.

Het bestaan ​​van stellaire zwarte gaten is al sinds het begin van de jaren zeventig bekend, maar al hun massametingen hebben - tot nu toe - plaatsgevonden in dubbelstersystemen. Gas van de begeleidende ster valt in het zwarte gat en wordt tot zulke hoge temperaturen verhit dat het röntgenstraling uitzendt. Ongeveer twee dozijn zwarte gaten hebben hun massa gemeten in röntgendubbelsterren vanwege hun zwaartekrachtseffect op hun metgezellen. Massaschattingen variëren van 5 tot 20 zonsmassa's. Zwarte gaten die in andere sterrenstelsels zijn gedetecteerd door zwaartekrachtsgolven van fusies tussen zwarte gaten en begeleidende objecten, zijn wel 90 zonsmassa's geweest.

"Detecties van geïsoleerde zwarte gaten zullen nieuwe inzichten verschaffen in de populatie van deze objecten in onze Melkweg", zei Sahu. Maar het is zoeken met een naald in een hooiberg. De voorspelling is dat slechts één op de paar honderd microlensing-gebeurtenissen wordt veroorzaakt door geïsoleerde zwarte gaten.

NASA's aankomende Nancy Grace Roman Space Telescope zal duizenden microlens-gebeurtenissen ontdekken, waarvan velen naar verwachting zwarte gaten zijn, en de doorbuigingen zullen met zeer hoge nauwkeurigheid worden gemeten.

In een artikel uit 1916 over de algemene relativiteitstheorie voorspelde Albert Einstein dat zijn theorie zou kunnen worden getest door de zwaartekracht van de zon te observeren die de schijnbare positie van een achtergrondster compenseerde. Dit werd getest door een samenwerking onder leiding van astronomen Arthur Eddington en Frank Dyson tijdens een zonsverduistering op 29 mei 1919. Eddington en zijn collega's maten een achtergrondster die 2 boogseconden verschoven was, waarmee de theorieën van Einstein werden bevestigd. Deze wetenschappers hadden zich nauwelijks kunnen voorstellen dat meer dan een eeuw later dezelfde techniek zou worden gebruikt - met een onvoorstelbare precisie van duizend keer beter - om zwarte gaten in de melkweg te zoeken.

De Hubble Space Telescope is een project van internationale samenwerking tussen NASA en ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert Hubble-wetenschappelijke operaties uit. STScI wordt beheerd voor NASA door de Association of Universities for Research in Astronomy in Washington,

https://hubblesite.org/contents/news-re ... s-2022-001

[univers]

Na zes jaar nauwgezette observaties heeft de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop voor het eerst duidelijk bewijs geleverd voor een eenzaam zwart gat dat door de interstellaire ruimte zweeft. Dit is de eerste keer dat de massa van een geïsoleerd zwart gat is gemeten. Meer informatie en downloadopties:

https://esahubble.org/