Twee zware, elkaar rakende sterren gaan tot een zwart gat fuseren
SSN 7 is een zogenaamde contactdubbelster in de Kleine Magelhaanse Wolk. Dit is een dwergsterrenstelsel op ongeveer 210.000 lichtjaar in het sterrenbeeld Toekan – Tucana. Deze dubbelster, ook bekend als MPC 435, is een lid van de zeer jonge sterrenhoop NGC 346.
De sterren in het binaire systeem SSN 7 staan gedeeltelijk in contact met elkaar en wisselen materiaal met elkaar uit, waarbij de ene ster zich momenteel voedt met de andere.
Ze draaien om de drie dagen om elkaar heen en het zijn de meest massieve, elkaar rakende sterren (contact-binaire sterren) die tot nu toe zijn waargenomen.
Door de resultaten van hun waarnemingen te vergelijken met theoretische modellen voor de evolutie van dubbelsterren, ontdekten zij dat in het best passende model de ster die momenteel wordt gevoed een zwart gat wordt en zich voedt met zijn partnerster. De overlevende ster zal kort daarna ook een zwart gat worden.
Deze zwarte gaten zullen zich in slechts een paar miljoen jaar vormen maar zullen dan miljarden jaren om elkaar heen draaien voordat ze met zoveel kracht op elkaar botsen dat ze zwaartekrachtgolven zullen genereren die in theorie met instrumenten op Aarde kunnen worden waargenomen.
Dankzij de zwaartekrachtgolfdetectoren Virgo en LIGO zijn er de afgelopen jaren tientallen samensmeltingen van zwarte gaten gedetecteerd. Maar tot dusver moeten astronomen nog de sterren waarnemen waarvan voorspeld wordt dat ze instorten tot zwarte gaten van deze grootte en samensmelten in een tijdschaal die korter is dan of zelfs in grote lijnen vergelijkbaar is met de leeftijd van het heelal.
Hun best passende model suggereert dat deze sterren over 18 miljard jaar als zwarte gaten zullen samensmelten.
Het vinden van sterren op dit evolutionaire pad zo dicht bij ons eigen sterrenstelsel biedt astronomen een uitstekende gelegenheid om nog meer te leren over hoe deze dubbelsterren van zwarte gaten ontstaan.
Deze dubbelster is de meest massieve contactdubbelster die tot nu toe is waargenomen. De kleinere helderdere, hetere ster heeft een massa van 32 zonsmassa en verliest momenteel materie aan zijn grotere metgezel die 55 zonsmassa’s zwaar is.
Met de gegevens van verschillende ruimte- en grondtelescopen konden de astronomen de radiale snelheid van de sterren berekenen – dat wil zeggen, de beweging die ze naar ons toe of van ons af maakten – evenals hun massa, helderheid, temperatuur en baan.
Vervolgens vergeleken ze deze parameters met het best passende evolutionaire model.
Hun spectroscopische analyse gaf aan dat een groot deel van de buitenste omhulling van de kleinere ster was weggenomen door zijn grotere metgezel.
Ze zagen ook dat de straal van de beide sterren de Roche-limiet overschreed – dat wil zeggen, het gebied rond een ster waar materiaal door zwaartekracht aan die ster is gebonden – wat bevestigd dat een deel van het materiaal van de kleinere ster overstroomt en wordt overgebracht naar de grotere ster.
De kleinere ster zal eerst een zwart gat worden, in slechts 700.000 jaar, hetzij door een spectaculaire explosie die een supernova wordt genoemd, of hij kan zo massief zijn dat hij ineenstort tot een zwart gat zonder uitwendige explosie.
Ze zullen ongeveer 3 miljoen jaar lang ongemakkelijke buren zijn voordat het eerste zwarte gat massa van zijn metgezel begint op te bouwen en wraak neemt op zijn metgezel.
Na slechts 200.000 jaar, een moment in astronomische termen, stort ook de begeleidend ester in tot een zwart gat.
Deze twee tot zwarte gaten vervallen massieve sterren zullen miljarden jaren lang om elkaar heen blijven draaien en om de paar dagen ronddraaien.
Langzaam zullen ze deze orbitale energie verliezen door de emissie van zwaartekrachtgolven totdat ze om de paar seconden om elkaar heen draaien en uiteindelijk in 18 miljard jaar samensmelten met een enorme vrijgave van energie door zwaartekrachtgolven.
Het artikel is online gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Artikel: M.J. Rickard & D. Pauli. 2023. A low-metallicity massive contact binary undergoing slow Case A mass transfer: A detailed spectroscopic and orbital analysis of SSN 7 in NGC 346 in the SMC. A&A, in press; doi: 10.1051/0004-6361/202346055
Eerste publicatie: 29 april 2023
Bron: sci-news
