Astronomen ontdekken het dichtstbijzijnde zwarte gat bij de aarde

Zwarte gaten zijn de meest extreme dingen in het universum. Het is mogelijk dat massale emissies van deze onvoorstelbaar dichte objecten aanwezig zijn in de centra van alle grote sterrenstelsels. Zwarte gaten met stermassa – die ongeveer vijf tot 100 keer de massa van de zon wegen – komen vaker voor, met naar schatting 100 miljoen zwarte gaten in de Melkweg alleen.

Tot nu toe zijn er maar een paar bevestigd, en bijna allemaal zijn ze “actief” – wat betekent dat ze helder schijnen in röntgenstralen terwijl ze materiaal consumeren van een nabijgelegen begeleidende ster, in tegenstelling tot statische elektriciteit. zwarte gaten die dat niet doen.

Astronomen die de Gemini North Telescope op Hawaï gebruiken, een van de tweelingtelescopen van het Gemini International Observatory, beheerd door NSF’s NOIRLab, hebben het dichtstbijzijnde zwarte gat bij de aarde ontdekt, dat onderzoekers Gaia BH1 hebben genoemd. Dit inerte zwarte gat weegt ongeveer 10 keer zoveel zonnebrandcrème Het bevindt zich op ongeveer 1600 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Ophiuchus, waardoor het drie keer dichter bij de aarde staat dan de vorige recordhouder, de röntgendubbelster in het sterrenbeeld Monoceros.

De nieuwe ontdekking werd mogelijk gemaakt door fascinerende waarnemingen te doen van de beweging van de metgezel van het zwarte gat, een zonachtige ster die rond het zwarte gat draait op dezelfde afstand als de aarde om de zon draait.

“nemen Zonnestelselzet een zwart gat waar de zon is, en de zon waar de aarde is, en je krijgt dit systeem”, legt Karim El Badry uit, een astrofysicus bij het Center for Astrophysics | Harvard, Smithsonian and Max Planck Institute for Astronomy, en leidt auteur van het artikel waarin deze ontdekking wordt beschreven.

“Hoewel er veel vermeende ontdekkingen van dergelijke systemen zijn gedaan, zijn ze vervolgens bijna allemaal weerlegd. Dit is de eerste ondubbelzinnige ontdekking van een zonachtige ster in een brede baan rond een stellair zwart gat in onze melkweg.”

Hoewel er miljoenen stellaire zwarte gaten door de Melkweg zwerven, zijn slechts de weinige die zijn ontdekt ontdekt door hun actieve interactie met vriend ster. Als materiaal van een nabije ster in de richting van het zwarte gat draait, wordt het extreem heet en genereert het krachtige röntgenstralen en materiaalstralen. Als een zwart gat niet actief voedt (dwz het slaapt), versmelt het gewoon met zijn omgeving.

“Ik ben de afgelopen vier jaar op zoek geweest naar slapende zwarte gaten met behulp van een breed scala aan datasets en methoden”, zei Al-Badri. “Mijn eerdere pogingen – evenals die van anderen – hebben een reeks binaire systemen opgeleverd die zich voordoen als zwarte gaten, maar dit is de eerste keer dat het onderzoek tot wasdom komt.”

Het team identificeerde oorspronkelijk dat het systeem mogelijk een zwart gat herbergt door gegevens van het GIA-ruimtevaartuig van de European Space Agency te analyseren. Gaia legde de minuscule onregelmatigheden vast in de beweging van de ster, veroorzaakt door de zwaartekracht van een massief, onzichtbaar object. Om het systeem in meer detail te onderzoeken, wendden Al-Badri en zijn team zich tot het Gemini Multi-Object Spectrograph-instrument in Gemini North, dat de snelheid van de begeleidende ster heeft gemeten terwijl deze om het zwarte gat draaide en een nauwkeurige meting van de periode van zijn baan opleverde .

De vervolgwaarnemingen van Gemini waren cruciaal om de orbitale beweging en dus de massa’s van de twee componenten in het binaire systeem te beperken, waardoor het team het centrale object kon identificeren als een zwart gat dat ongeveer 10 keer de massa van onze zon is.

Al-Badri legde uit dat “onze waarnemingen van Gemini’s follow-up zonder enige twijfel bevestigden dat de dubbelster een gewone ster en ten minste één slapend zwart gat bevat.” “We konden geen plausibel astrofysisch scenario vinden dat de waargenomen baan van een systeem zou kunnen verklaren dat niet ten minste één zwart gat bevat.”

Het team vertrouwde niet alleen op de indrukwekkende monitoringmogelijkheden van Gemini North, maar ook op het vermogen van Gemini om gegevens te verstrekken binnen een strakke deadline, aangezien het team maar een korte tijd had om hun vervolgwaarnemingen te doen.

“Toen we de eerste aanwijzingen hadden dat het systeem een ​​zwart gat bevatte, hadden we slechts een week voordat de twee objecten zich op het dichtstbijzijnde interval in hun baan om de aarde bevonden. Metingen op dit punt zijn nodig om nauwkeurige massaschattingen te maken in een binair systeem.” zei Al-Badri. “Gemini’s vermogen om snelle feedback te geven was van cruciaal belang voor het succes van het project. Als we dat smalle venster misten, moesten we nog een jaar wachten.”

Het is moeilijk om de huidige modellen van harde astronomen van de evolutie van binaire systemen onder druk te zetten om te verklaren hoe de eigenaardige vorming van Gaia BH1 ontstond. In het bijzonder was de voorloperster die later het nieuw ontdekte zwarte gat werd, minstens twintig keer de massa van onze zon.

Dit betekent dat ze maar een paar miljoen jaar zou hebben geleefd. Als beide sterren tegelijkertijd zouden ontstaan, zou die massieve ster snel in een superreus veranderen, waardoor de andere ster zou worden opgeblazen en opgeslokt voordat hij tijd had om een ​​echte, waterstofbrandende hoofdreeksster zoals onze zon te worden.

Het is helemaal niet duidelijk hoe een ster met zonnemassa die ring zou kunnen overleven en zou eindigen als een schijnbaar normale ster, zoals observaties van een dubbel zwart gat suggereren. Alle theoretische modellen die overleving mogelijk maken voorspellen dat de ster met de massa van de zon in een strakkere baan zou moeten zijn beland dan in werkelijkheid wordt waargenomen.

Dit kan wijzen op belangrijke lacunes in ons begrip van hoe zwarte gaten zich vormen en evolueren in binaire systemen, en ook op het bestaan ​​van een nog onontgonnen groep van slapende zwarte gaten in binaire systemen.

“Interessant is dat dit systeem niet gemakkelijk kan worden aangepast door standaard binaire evolutiemodellen”, concludeerde Al-Badri. “Het roept veel vragen op over hoe dit binaire systeem werd gevormd, en ook hoeveel er inert zijn zwarte gaten buiten.”

“Als onderdeel van een netwerk van ruimte- en grondobservatoria heeft Gemini North niet alleen sterk bewijs geleverd voor het dichtstbijzijnde zwarte gat tot nu toe, maar ook het eerste originele zwarte gatsysteem geleverd, gerangschikt in het gebruikelijke hete gas dat in wisselwerking staat met het zwarte gat. gat”, zegt Martin Steele, ambtenaar van het NSF Gemini-programma.

“Hoewel dit mogelijk een voorbode is van toekomstige ontdekkingen van de verwachte cluster van slapende zwarte gaten in onze melkweg, laten de waarnemingen ook een mysterie achter dat moet worden opgelost – ondanks de gedeelde geschiedenis met zijn buitenaardse buurman, waarom is een begeleidende ster in dit dubbelstersysteem zo normaal? ”