science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen stellen een nieuwe methode voor om zwarte gaten te detecteren

Het concept van deze kunstenaar toont een superzwaar zwart gat in het centrum van een melkwegstelsel. De blauwe kleur vertegenwoordigt hier straling die uitstroomt van materiaal heel dicht bij het zwarte gat. De grijsachtige structuur rond het zwarte gat, een torus genoemd, bestaat uit gas en stof. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Een zwart gat met stellaire massa is een compact object met een massa van meer dan drie zonsmassa's. Het is zo dicht en heeft zo'n sterke aantrekkingskracht dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. Ze kunnen niet direct worden waargenomen, maar alleen via secundaire effecten, bijvoorbeeld in het geval van een zwart gat dat zich voedt met een begeleidende ster. In het algemeen, wanneer materie op een zwart gat valt, doet het dat "stilletjes" door middel van een accretieschijf. Echter, er zijn perioden waarin deze inval gewelddadig is en barst, het produceren van een sterke uitbarsting van röntgenhelderheid.

Binaire systemen bestaande uit een ster die massa doneert aan een zwart gat, zijn essentiële laboratoria voor het begrijpen van de meest extreme fysieke verschijnselen in het universum, zoals de ineenstorting van een massieve ster in een zwart gat of een neutronenster. Tot nu, zo'n 60 kandidaten voor dit type zwart gat zijn gevonden in de Melkweg via de detectie van voorbijgaande uitbarstingen van röntgenstralen, maar slechts 17 hiervan zijn bevestigd. Dit komt door de moeilijkheden die inherent zijn aan het bestuderen van de beweging van een begeleidende ster rond een zwart gat om zijn massa af te leiden en het type object te bevestigen.

Onderzoekers hebben slechts een beperkte kennis van de vorming en de evolutie van dit type object vanwege het kleine aantal bekende dubbelsterren met een zwart gat. Dus, het is belangrijk om nieuwe strategieën te ontwikkelen om de verborgen populatie objecten te ontdekken die zich niet in een actieve fase bevinden, en zenden dus geen röntgenstraling uit.

De IAC-onderzoekers Jorge Casares, en Miguel A. Pérez Torres hebben een nieuwe techniek getest om de helderheid van deze binaire paren te meten met een combinatie van filters gecentreerd op de lijn van waterstof H-alfa. De metingen geven informatie over de intensiteit en de breedte van deze lijn, die zich vormt in de accretieschijf rond het zwarte gat. Vooral, de breedte van H-alpha kan worden gebruikt als een indicator voor de sterkte van het zwaartekrachtveld, en kan dus worden gebruikt als een diagnose van de aanwezigheid van een zwart gat. Deze techniek zou op efficiënte wijze nieuwe binaire bestanden van zwarte gaten kunnen onthullen in een inactieve fase.

Om het nut van hun techniek aan te tonen, ze observeerden vier systemen met bevestigde zwarte gaten met behulp van een set speciale filters op ACAM, een instrument op de 4,2-meter William Herschel-telescoop (WHT) van de Isaac Newton-groep van telescopen in het Roque de los Muchachos-observatorium (Garafía, La Palma). De resultaten werden vervolgens vergeleken met directe metingen van de breedte van de H-alpha-lijn verkregen met de ISIS-spectrograaf op de Gran Telescopio de Canarias (GTC). Het resultaat toonde aan dat het praktisch is om de breedte van de H-alpha-lijn te meten met behulp van fotometrische technieken, wat de deur opent naar een efficiëntere detectie van inactieve zwarte gaten in binaire systemen.

Ze schatten dat een analyse van zo'n 1000 vierkante graden (10 procent) van de zone van het galactische vlak met deze strategie minstens 50 nieuwe objecten van dit type zou moeten detecteren, dat is drie keer de momenteel bekende populatie. Deze zoektocht zou ook een gedetailleerde telling kunnen opleveren van andere galactische populaties, zoals kortstondige catastrofale variabelen, Röntgendubbelsterren met neutronensterren, en ultracompacte binaire bestanden met een periode korter dan een uur.