De Eenhoorn – het meest nabije zwarte gat?

Illustratie van een klein zwart gat
Illustratie van een klein zwart gat. Credit: Ohio State illustratie door Lauren Fanfer

Wetenschappers hebben een van de kleinste zwarte gaten tot nu toe gevonden. Het is ook het meest nabije zwarte gat tot de Aarde.

Ze hebben het zwarte gat “de Eenhoorn” genoemd. Het zwarte gat bevindt zich namelijk in de richting van het sterrenbeeld Eenhoorn – Monoceros. De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” en zijn nu al op de arxiv preprintserver beschikbaar.

Het zwarte gat heeft een massa van ongeveer 3 zonsmassa en dat is klein voor een zwart gat. Tot nu toe zijn er maar weinig zwarte gaten met deze massa gevonden in het heelal. Het zwarte gat bevindt zich op een afstand van ongeveer 1500 lichtjaar van de Aarde.

De ster waar het zwarte gat omheen zou draaien is de rode reus V723 Monocerotis. Dit is een ster met een visuele helderheid van magnitude 8,3. Het is een veranderlijke rode reus die eerder als een eclipserende dubbelster is gecatalogiseerd. Die onzichtbare begeleider heeft, vanaf de Aarde gezien, een periode van ongeveer 60 dagen. V723 Monocerotis, ook bekend als HD 45762, is ongeveer even zwaar als onze Zon maar is wel 25 keer groter.

Het zwarte gat is de begeleider van een rode reus. Dit betekent dat de twee gravitationeel met elkaar zijn verbonden. Wetenschappers kunnen het zwarte gat niet zien want zwarte gaten zij per definitie zwart n dat is niet alleen in zichtbaar licht maar ook met andere middelen die astronomen gebruiken om licht en andere golflengtes te meten.

Maar in dit geval kunnen ze de begeleidende ster van het zwarte gat zien. Die ster is door telescopen als KELT, ASAS en TESS uitgebreid gedocumenteerd. Data van die waarnemingen is uitgebreid beschikbaar maar nooit op deze manier bestudeerd.

Toen de onderzoekers die gegevens bestudeerden merkten ze op dat er iets in een baan om de rode reus was dat ze niet konden zien. Het zorgde ervoor dat het licht van de ster in intensiteit veranderde en op verschillende plekken in de baan rond de ster zichtbaar werd.

De realiseerden zich dat er iets moest zijn dat aan de rode reus trekt en die van vorm verandert. Dat effect, een getijdenvervorming genoemd, geeft astronomen een signaal dat er iets is dat de ster beïnvloedt. Een van de opties was een zwart gat maar dat  zou dan wel een heel klein zwart gat moeten zijn met een massa van minder dan vijf zonsmassa. Dit zwarte gat zou dan in een gebied vallen wat astronomen de “massakloof” noemen. Pas onlangs hebben astronomen het als een mogelijkheid beschouwd dat er zwarte gaten van die massa zouden kunnen bestaan.

Die getijdenverstoring wordt veroorzaakt door de getijdenkracht van een onzichtbare metgezel, een zwart gat.

Net zoals de zwaartekracht van de Maan de oceanen op Aarde vervormt waardoor zeeën naar en weg van de Maan opzwellen tot een voetbalachtige vorm, zo vervormt het zwarte gat de ster tot een rugbybalachtige vorm met de ene as langer dan de andere as. De eenvoudigste verklaring is dat het een zwart gat is en is dit geval is de eenvoudigste verklaring de meest waarschijnlijke.

De snelheid van de rode reus, de periode van de baan en de manier waarop de getijdekracht de rode reus vervormde vertelde de astronomen de massa van het zwarte gat waardoor ze concludeerden dat die zwarte gat ongeveer drie zonsmassa’s zwaar is.

De laatste tien jaar vroegen astronomen en astrofysici zich af of ze deze zwarte gaten niet vonden omdat de systemen en benaderingen die ze gebruikten niet geavanceerd genoeg waren om ze te vinden of omdat dergelijke zwarte gaten toch helemaal niet bestaan.

Ongeveer 18 maanden geleden publiceerden andere onderzoekers een wetenschappelijk artikel in Science waarin een sterk bewijs werd geleverd dat dergelijke zwarte gaten toch moeten bestaan. Die ontdekking motiveerde andere onderzoekers om serieus naar kleinere zwarte gaten te gaan zoeken. Die evaluatie leidde tot de ontdekking van de Eenhoorn.

Het vinden en bestuderen van zwarte gaten en neutronensterren in ons sterrenstelsel is belangrijk voor astronomen omdat ze informatie bevatten over hoe sterren ontstaan en overlijden.

Maar het vinden en bestuderen van zwarte gaten is per definitie moeilijk: afzonderlijke zwarte gaten zenden niet dezelfde soort straling uit als andere objecten in de ruimte uitzenden. Voor wetenschappelijke instrumenten zijn ze elektromagnetisch gezien stil en donker. De meeste bekende zwarte gaten zijn gevonden met behulp van begeleidende sterren. Die sterren zorgen voor veel röntgenstraling en die röntgenstraling kunnen we waarnemen.

In de afgelopen jaren zijn er meer grootschalige experimenten gestart om te proberen kleinere zwarte gaten te vinden en de onderzoekers verwachten dat in de toekomst meer zwarte gaten zullen worden gevonden die in de “massa-kloof” vallen.

De onderzoekers verwachten dat men nu pas echt in kaart kan gaan brengen hoeveel lage massa, tussenmassa en hoge massa zwarte gaten er zijn want elke keer dat er eentje wordt gevonden krijgen astronomen een idee over welke sterren instorten, welke sterren exploderen en welke sterren er tussenin zitten.

Overigens zijn niet alle astronomen het eens met de bevindingen van dit onderzoeksteam. Ze zeggen dat er nog andere mogelijkheden zijn, zoals een nabij paar van lichtzwakke sterren.

Artikel: A Unicorn in Monoceros: the 3M⊙ dark companion to the bright, nearby red giant V723 Mon is a non-interacting, mass-gap black hole candidate. Jayasinghe, K. Z. Stanek, Todd A. Thompson, C. S. Kochanek, D. M. Rowan, P. J. Vallely, K. G. Strassmeier, M. Weber, J. T. Hinkle, F.-J. Hambsch, D. Martin, J. L. Prieto, T. Pessi, D. Huber, K. Auchettl, L. A. Lopez, I. Ilyin, C. Badenes, A. W. Howard, H. Isaacson, S. J. Murphy

 

 

Eerste publicatie: 27 april 2021
Bron: ScitechDaily/Sky & Telescope