Ongeveer 15, 000 lichtjaren verwijderd, in een verre spiraalarm van de Melkweg, er is een zwart gat dat ongeveer 70 keer zo zwaar is als de zon.

Dit is zeer verrassend voor astronomen zoals ik. Het zwarte gat lijkt te groot om het product te zijn van een enkele ster die instort, wat vragen oproept voor onze theorieën over hoe zwarte gaten ontstaan.

Ons team, onder leiding van professor Jifeng Liu van de National Astronomical Observatories, Chinese Wetenschapsacademie, heeft het mysterieuze object LB-1 genoemd.

Wat is normaal voor een zwart gat?

Astronomen schatten dat onze melkweg alleen al zo'n 100 miljoen zwarte gaten bevat. ontstaan ​​toen massieve sterren in de afgelopen 13 miljard jaar zijn ingestort.

De meeste zijn inactief en onzichtbaar. Een relatief klein aantal zuigt gas aan van een begeleidende ster in een baan om hen heen. Dit gas geeft energie af in de vorm van straling die we met telescopen kunnen zien (meestal röntgenstralen), vaak gepaard met wind en jets.

Tot een paar jaar geleden, de enige manier om een ​​potentieel zwart gat te spotten was door naar deze röntgenstralen te zoeken, afkomstig van een heldere puntachtige bron.

Met deze methode zijn ongeveer twee dozijn zwarte gaten in ons melkwegstelsel geïdentificeerd en gemeten. Het zijn verschillende maten, maar allemaal tussen de vijf en twintig keer zo zwaar als de zon.

Over het algemeen namen we aan dat dit de typische massa was van alle zwarte gaten in de Melkweg. Echter, dit kan onjuist zijn; actieve zwarte gaten zijn mogelijk niet representatief voor de hele populatie.

Nieuwe tools brengen een oud idee tot leven

Voor onze zoektocht naar zwarte gaten, we gebruikten een andere techniek.

We hebben de lucht onderzocht met de Large sky Area Multi-Object fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) in het noordoosten van China, op zoek naar heldere sterren die rond een onzichtbaar object bewegen. Hiermee kunnen we het zwaartekrachtseffect van het zwarte gat detecteren, ongeacht of er gas van de ster naar zijn donkere metgezel beweegt.

Deze techniek werd in 1783 voorgesteld door de Britse astronoom John Michell, toen hij voor het eerst het bestaan ​​van duister suggereerde, compacte sterren die in een dubbelstersysteem draaien met een normale ster.

Echter, het is praktisch alleen haalbaar geworden met de recente ontwikkeling van grote telescopen waarmee astronomen de beweging van duizenden sterren tegelijk kunnen volgen.

Hoe we LB-1 . hebben gespot

LB-1 is het eerste belangrijke resultaat van onze zoektocht met LAMOST. We zagen een ster die acht keer groter was dan de zon, in een baan om een ​​donkere metgezel die ongeveer 70 keer zo zwaar is als de zon. Elke baan duurde 79 dagen, en het paar is ongeveer anderhalf keer zo ver van elkaar verwijderd als de aarde en de zon.

We hebben de beweging van de ster gemeten door kleine veranderingen in de frequentie van het licht dat we ervan zagen komen, veroorzaakt door een Doppler-verschuiving terwijl de ster op verschillende tijdstippen in zijn baan naar de aarde en van de aarde af bewoog.

We deden hetzelfde voor een zwakke gloed afkomstig van waterstofgas rond het zwarte gat zelf.

Waar kwam het vandaan?

Hoe werd LB-1 gevormd? Het is onwaarschijnlijk dat het afkomstig is van de ineenstorting van een enkele massieve ster:we denken dat elke grote ster meer massa zou verliezen via stellaire winden voordat hij in een zwart gat instortte.

Een mogelijkheid is dat twee kleinere zwarte gaten onafhankelijk van twee sterren zijn gevormd en vervolgens zijn samengevoegd (of dat ze nog steeds om elkaar heen draaien).

Een ander, meer aannemelijk scenario is dat een "gewoon" stellair zwart gat werd opgeslokt door een massieve begeleidende ster. Het zwarte gat zou dan het grootste deel van de gastheerster opslokken als een wesplarve in een rups.

De ontdekking van LB-1 past mooi bij recente resultaten van de LIGO-Virgo zwaartekrachtgolfdetectoren, die de rimpelingen in de ruimtetijd opvangen die worden veroorzaakt wanneer stellaire zwarte gaten in verre sterrenstelsels botsen.

De zwarte gaten die bij dergelijke botsingen betrokken zijn, zijn ook aanzienlijk zwaarder (tot ongeveer 50 zonsmassa's) dan het monster van actieve zwarte gaten in de Melkweg. Onze directe waarneming van LB-1 bewijst dat deze te zware stellaire zwarte gaten ook in onze melkweg bestaan.

De familie van het zwarte gat

Astronomen proberen nog steeds de verdeling van zwarte gaten over hun volledige groottebereik te kwantificeren.

Zwarte gaten met een gewicht tussen 1, 000 en 100, 000 zonnen (zogenaamde zwarte gaten met gemiddelde massa) kunnen zich in het hart van kleine sterrenstelsels of in grote sterrenhopen bevinden. De op de ruimte gebaseerde Laser Interferometer Space Antenna (LISA) zwaartekrachtgolfdetector (gepland voor lancering in 2034) zal proberen hun botsingen te vangen.

Zwarte gaten met een massa van een miljoen tot een paar miljard zonsmassa's zijn al bekend, in de kernen van grotere sterrenstelsels en quasars, maar hun oorsprong wordt actief besproken. We zijn nog ver verwijderd van een volledig begrip van hoe zwarte gaten ontstaan, groeien, en hun omgeving beïnvloeden, maar we maken snel vorderingen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.