Astronomisch Nieuws

Astronomen vinden mogelijk zwart gat in Messier 4

Messier 4 is een oude bolhoop in het sterrenbeeld Schorpioen en is ongeveer 7200 lichtjaar van ons verwijderd.

Messier 4 in Scorpius
Messier 4 in Scorpius. Door ESO. Acknowledgement: ESO Imaging Survey – http://www.eso.org/public/images/eso1235a/, CC BY 3.0, Koppeling

Weinig stellaire systemen in het heelal zijn zo actief en dynamisch complex als bolvormige sterrenhopen.

Door de wisselwerking tussen stellaire evolutie en dynamische interacties kunnen bolhopen inderdaad dienen als laboratoria voor een groot aantal interessante astrofysische fenomenen, zoals het ontstaan van samensmeltende zwarte gaten, zwaartekrachtgolven, Type Ia supernovae, snelle radio-uitbarstingen, enz.

Tenslotte is een van de mogelijke uitkomsten van deze dichte omgevingen zwarte gaten van gemiddelde massa. Deze zwarte gaten hebben massa’s tussen 100 en 100.000 zonsmassa en hiervan wordt aangenomen dat ze de ontbrekende schakel zijn in de evolutie van zwarte gaten. Er zijn slechts enkele van dit type zwarte gat bekend.

De unieke mogelijkheden van de Hubble Space Telescope zijn nu gebruikt om in te zoomen op de kern van de dichtstbijzijnde bolhoop, Messier 4, om met een hogere precisie dan bij eerdere zoektochten op jacht te gaan naar zwarte gaten.

Volgens Dr. Eduardo Vitral, astronoom verbonden aan het Space Telescope Science Institute is dergelijke wetenschap onmogelijk zonder de Hubble.

Het vermoedelijke middelzware zwarte gat in Messier 4 is niet te zien, maar de massa wordt berekend door de beweging van sterren te bestuderen die gevangen zitten in het zwaartekrachtveld, zoals bijen rond een korf zwermen.

Het meten van hun beweging kost veel tijd en veel precisie. Dit is waar Hubble bereikt wat geen enkele andere hedendaagse telescoop kan doen.

Dr. Vitral en zijn collega’s keken naar 12 jaar aan Messier 4-waarnemingen van Hubble en bepaalden heel precies de positie van sterren.

Ze schatten dat het kandidaat-zwarte gat in de bolhoop een massa van ongeveer 800 zonsmassa heeft.

De gegevens van Hubble hebben de neiging om alternatieve theorieën voor dit object uit te sluiten, zoals een compacte centrale groep van onopgeloste stellaire restanten van neutronensterren of kleinere zwarte gaten die om elkaar heen wervelen.

De onderzoekers hebben er alle vertrouwen in dat ze een heel klein gebied met een veel geconcentreerdere massa hebben gevonden.

Volgens de onderzoekers is het ongeveer drie keer kleiner dan de dichtste donkere massa die ze eerder in andere bolvormige sterrenhopen hebben gevonden.

De regio is compacter dan wat men kan reproduceren met numerieke simulaties als er rekening wordt gehouden met een verzameling zwarte gaten, neutronensterren en witte dwergen die gescheiden zijn in het centrum van de bolhoop. Deze zijn niet in staat om zo’n compacte massaconcentratie te vormen.

Een groepering van hechte objecten zou dynamisch instabiel zijn. Als het object geen enkel zwart gat van gemiddelde massa is, zouden er naar schatting 40 kleinere zwarte gaten nodig zijn die in een ruimte van slechts 1/10de van een lichtjaar zijn gepropt om de waargenomen stellaire bewegingen te produceren.

 De gevolgen zouden zijn dat ze zouden samensmelten en/of uitgeworpen zouden worden in een spelletje interstellaire flipperkast.

“We meten de bewegingen van sterren en hun posities en we passen fysieke modellen toe die deze bewegingen proberen te reproduceren”, aldus Dr. Vitral.

“We eindigen met een meting van een donkere massa-uitbreiding in het centrum van de sterrenhoop.”

“Hoe dichter bij de centrale massa, hoe willekeuriger de sterren bewegen. En hoe groter de centrale massa, hoe sneller deze stellaire snelheden.”

De ontdekking wordt beschreven in een artikel dat deze week is gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artikel: Eduardo Vitral et al. 2023. An elusive dark central mass in the globular cluster M4. MNRAS 522 (4): 5740-5757; doi: 10.1093/mnras/stad1068

Eerste publicatie: 26 mei 2023
Bron: sci-news