science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Wetenschappers hebben mogelijk een hele nieuwe klasse zwarte gaten ontdekt

Krediet:CC0 Publiek Domein

Zwarte gaten zijn een belangrijk onderdeel van hoe astrofysici het universum begrijpen - zo belangrijk dat wetenschappers hebben geprobeerd een telling te maken van alle zwarte gaten in het Melkwegstelsel.

Maar nieuw onderzoek toont aan dat hun zoektocht mogelijk een hele klasse zwarte gaten heeft gemist waarvan ze niet wisten dat ze bestonden.

In een onderzoek dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Wetenschap , astronomen bieden een nieuwe manier om naar zwarte gaten te zoeken, en laten zien dat het mogelijk is dat er een klasse zwarte gaten is die kleiner is dan de kleinste bekende zwarte gaten in het heelal.

"We laten deze hint zien dat er nog een andere populatie is die we nog echt moeten onderzoeken bij het zoeken naar zwarte gaten, " zei Todd Thompson, een professor in de astronomie aan de Ohio State University en hoofdauteur van de studie.

"Mensen proberen supernova-explosies te begrijpen, hoe superzware zwarte sterren exploderen, hoe de elementen werden gevormd in superzware sterren. Dus als we een nieuwe populatie zwarte gaten zouden kunnen onthullen, het zou ons meer vertellen over welke sterren exploderen, die niet, die zwarte gaten vormen, die neutronensterren vormen. Het opent een nieuw studiegebied."

Stel je een volkstelling voor van een stad die alleen mensen telde van 5'9" en langer - en stel je voor dat de volkstellingsnemers niet eens wisten dat er mensen bestonden die kleiner waren dan 1.80m. De gegevens van die telling zouden onvolledig zijn, geeft een onjuist beeld van de bevolking. Dat is in wezen wat er is gebeurd in de zoektocht naar zwarte gaten, zei Thompson.

Astronomen zijn al lang op zoek naar zwarte gaten, die zo'n hevige aantrekkingskracht hebben dat niets - niet uit, geen straling - kan ontsnappen. Zwarte gaten ontstaan ​​wanneer sommige sterren sterven, krimpen in zichzelf, en exploderen. Astronomen zijn ook op zoek naar neutronensterren - kleine, dichte sterren die ontstaan ​​wanneer sommige sterren sterven en instorten.

Beide kunnen interessante informatie bevatten over de elementen op aarde en over hoe sterren leven en sterven. Maar om die informatie te achterhalen, astronomen moeten eerst uitzoeken waar de zwarte gaten zijn. En om erachter te komen waar de zwarte gaten zijn, ze moeten weten wat ze zoeken.

Eén aanwijzing:zwarte gaten bestaan ​​vaak in iets dat een binair systeem wordt genoemd. Dit betekent simpelweg dat twee sterren dicht genoeg bij elkaar staan ​​om door de zwaartekracht aan elkaar te worden vastgezet in een wederzijdse baan om elkaar heen. Als een van die sterren sterft, de ander mag blijven, nog steeds in een baan rond de ruimte waar de dode ster - nu een zwart gat of neutronenster - ooit leefde, en waar een zwart gat of neutronenster is gevormd.

Voor jaren, de zwarte gaten waarvan wetenschappers wisten waren allemaal tussen de ongeveer vijf en vijftien keer de massa van de zon. De bekende neutronensterren zijn over het algemeen niet groter dan ongeveer 2,1 keer de massa van de zon - als ze meer dan 2,5 keer de massa van de zon waren, ze zouden instorten tot een zwart gat

Maar in de zomer van 2017 een onderzoek genaamd LIGO - de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - zag twee zwarte gaten samensmelten in een sterrenstelsel op ongeveer 1,8 miljard lichtjaar afstand. Een van die zwarte gaten was ongeveer 31 keer de massa van de zon; de andere ongeveer 25 keer de massa van de zon.

"Direct, iedereen had zoiets van 'wauw, ' omdat het zo'n spectaculair iets was, Thompson zei. "Niet alleen omdat het bewees dat LIGO werkte, maar omdat de massa enorm was. Zwarte gaten van die grootte zijn een groot probleem - we hadden ze nog niet eerder gezien."

Thompson en andere astrofysici hadden lang vermoed dat zwarte gaten in groottes buiten het bekende bereik zouden kunnen komen, en de ontdekking van LIGO bewees dat zwarte gaten groter zouden kunnen zijn. Maar er bleef een venster van grootte tussen de grootste neutronensterren en de kleinste zwarte gaten.

Thompson besloot te kijken of hij dat mysterie kon oplossen.

Hij en andere wetenschappers begonnen de gegevens van APOGEE te doorzoeken, het Apache Point Observatory Galactische Evolutie Experiment, die lichtspectra verzamelden van ongeveer 100, 000 sterren in de Melkweg. de spectra, Thompson besefte, zou kunnen aantonen of een ster rond een ander object draait:veranderingen in spectra - een verschuiving naar blauwere golflengten, bijvoorbeeld, gevolgd door een verschuiving naar rodere golflengten - zou kunnen aantonen dat een ster rond een onzichtbare metgezel cirkelde.

Thompson begon de gegevens te doorzoeken, op zoek naar sterren die die verandering lieten zien, wat aangeeft dat ze mogelijk in een baan om een ​​zwart gat draaien.

Vervolgens, hij verkleinde de APOGEE-gegevens tot 200 sterren die misschien het meest interessant zijn. Hij gaf de gegevens aan een afgestudeerde onderzoeksmedewerker aan de Ohio State, Tharindu Jayasinghe, die duizenden afbeeldingen van elk potentieel binair systeem van ASAS-SN heeft samengesteld, de All-Sky Automated Survey voor Supernovae. (ASAS-SN heeft er een aantal gevonden, 000 supernova's, en is opraken van Ohio State.)

Hun data-crunching vond een gigantische rode ster die ergens in een baan leek te draaien, maar dat iets, op basis van hun berekeningen, waarschijnlijk veel kleiner was dan de bekende zwarte gaten in de Melkweg, maar veel groter dan de meeste bekende neutronensterren.

Na meer berekeningen en aanvullende gegevens van de Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph en de Gaia-satelliet, realiseerden ze zich dat ze een zwart gat met een lage massa hadden gevonden, waarschijnlijk ongeveer 3,3 keer de massa van de zon.

"Wat we hier hebben gedaan, is een nieuwe manier bedenken om naar zwarte gaten te zoeken. maar we hebben mogelijk ook een van de eerste van een nieuwe klasse van zwarte gaten met een lage massa geïdentificeerd waarvan astronomen niet eerder wisten.' Thompson zei. 'De massa's van dingen vertellen ons over hun vorming en evolutie, en ze vertellen ons over hun aard."