Death of a star onthult een middelgroot zwart gat dat op de loer ligt in een dwergstelsel

[univers]

Door middelzware zwarte gaten te bestuderen, hopen wetenschappers hun begrip van de groei van superzware zwarte gaten in massieve sterrenstelsels te verbeteren


Astronomen ontdekten een ster die uit elkaar werd gescheurd door een zwart gat in het sterrenstelsel SDSS J152120.07+140410.5, op een afstand van 850 miljoen lichtjaar. Onderzoekers wezen NASA's Hubble-ruimtetelescoop om de nasleep te onderzoeken, genaamd AT 2020neh, die in het midden van de afbeelding wordt getoond. Hubble's ultraviolette camera zag een ring van sterren gevormd worden rond de kern van de melkweg waar AT 2020neh zich bevindt. (Tegoed: NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz)

Een middelzwaar zwart gat dat onopgemerkt op de loer lag in een dwergstelsel, onthulde zichzelf aan astronomen toen het een ongelukkige ster opslokte die te dichtbij afdwaalde. Het versnipperen van de ster, bekend als een "getijdenverstoring" of TDE, produceerde een uitbarsting van straling die kort het gecombineerde stellaire licht van het gastdwergstelsel overtrof en wetenschappers zou kunnen helpen de relaties tussen zwarte gaten en sterrenstelsels beter te begrijpen.

De gloed werd vastgelegd door astronomen met het Young Supernova Experiment (YSE), een onderzoek dat is ontworpen om kosmische explosies en voorbijgaande astrofysische gebeurtenissen te detecteren. Een internationaal team onder leiding van wetenschappers van UC Santa Cruz, het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen en de Washington State University rapporteerde de ontdekking in een artikel dat op 10 november in Nature Astronomy werd gepubliceerd .

"Deze ontdekking heeft voor veel opwinding gezorgd omdat we getijdenverstoringen niet alleen kunnen gebruiken om meer middelzware zwarte gaten in stille dwergstelsels te vinden, maar ook om hun massa's te meten", zegt co-auteur Ryan Foley, een assistent-professor astronomie en astrofysica bij UC Santa Cruz die hielp bij het plannen van de YSE-enquête.

Eerste auteur Charlotte Angus van het Niels Bohr Institute zei dat de bevindingen van het team een ​​basis vormen voor toekomstige studies van middelgrote zwarte gaten.

"Het feit dat we dit middelgrote zwarte gat konden vastleggen terwijl het een ster verslond, bood ons een opmerkelijke kans om te ontdekken wat anders voor ons verborgen zou zijn gebleven", zei Angus. "Bovendien kunnen we de eigenschappen van de flare zelf gebruiken om deze ongrijpbare groep van middelzware zwarte gaten, die de meerderheid van de zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels zou kunnen uitmaken, beter te begrijpen."

Superzware zwarte gaten zijn te vinden in de centra van alle massieve sterrenstelsels, inclusief onze eigen Melkweg. Astronomen vermoeden dat deze massieve beesten, met miljoenen of miljarden keren de massa van de zon, zouden kunnen zijn gegroeid van kleinere "middelgrote" zwarte gaten met duizenden tot honderdduizenden zonsmassa's.

Een theorie voor hoe zulke massieve zwarte gaten werden geassembleerd, is dat het vroege heelal ongebreideld was met kleine dwergstelsels met middelzware zwarte gaten. Na verloop van tijd zouden deze dwergstelsels zijn samengesmolten of opgeslokt door massievere sterrenstelsels, waarbij hun kernen elke keer samensmolten om de massa op te bouwen in het centrum van het groeiende sterrenstelsel. Dit fusieproces zou uiteindelijk de superzware zwarte gaten creëren die we tegenwoordig zien.

"Als we de populatie van middelzware zwarte gaten die er zijn - hoeveel er zijn en waar ze zich bevinden - kunnen begrijpen, kunnen we helpen bepalen of onze theorieën over de vorming van superzware zwarte gaten correct zijn", zegt co-auteur Enrico Ramirez-Ruiz, professor van astronomie en astrofysica aan UCSC en Niels Bohr Professor aan de Universiteit van Kopenhagen.

Maar hebben alle dwergsterrenstelsels middelgrote zwarte gaten?

"Dat is moeilijk te beweren, omdat het detecteren van zwarte gaten met gemiddelde massa een enorme uitdaging is", zei Ramirez-Ruiz.

Klassieke jachttechnieken voor zwarte gaten, waarbij wordt gezocht naar het actief voeden van zwarte gaten, zijn vaak niet gevoelig genoeg om zwarte gaten in de centra van dwergstelsels te ontdekken. Als gevolg hiervan is bekend dat slechts een minuscule fractie van dwergstelsels zwarte gaten van gemiddelde massa herbergt. Het vinden van meer middelgrote zwarte gaten met getijdenverstoringen zou kunnen helpen om het debat over de vorming van superzware zwarte gaten te beslechten.

"Een van de grootste open vragen in de astronomie is momenteel hoe superzware zwarte gaten ontstaan", zegt co-auteur Vivienne Baldassare, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Washington State University.

Gegevens van het Young Supernova-experiment stelden het team in staat om de eerste tekenen van licht te detecteren toen het zwarte gat de ster begon op te eten. Het vastleggen van dit eerste moment was cruciaal om te achterhalen hoe groot het zwarte gat was, omdat de duur van deze gebeurtenissen kan worden gebruikt om de massa van het centrale zwarte gat te meten. Deze methode, waarvan tot nu toe alleen was aangetoond dat deze goed werkte voor superzware zwarte gaten, werd voor het eerst voorgesteld door Ramirez-Ruiz en medeauteur Brenna Mockler van UC Santa Cruz.

"Deze uitbarsting was ongelooflijk snel, maar omdat onze YSE-gegevens ons zoveel vroege informatie over het evenement gaven, waren we echt in staat om de massa van het zwarte gat ermee vast te stellen," zei Angus.

Deze studie was gebaseerd op gegevens van observatoria over de hele wereld, waaronder het WM Keck Observatory in Hawaï, de Nordic Optical Telescope, UC's Lick Observatory, NASA's Hubble Space Telescope, het internationale Gemini Observatory, het Palomar Observatory en de Pan-STARRS Survey op Haleakala-observatorium.

https://news.ucsc.edu/2022/11/dwarf-galaxy-tde.html