Het lijkt erop dat zelfs zwarte gaten de verleiding niet kunnen weerstaan ​​om zichzelf onaangekondigd in foto's te plaatsen. Een kosmische fotobom, gevonden als achtergrondobject in beelden van het nabije Andromeda-sterrenstelsel, heeft onthuld wat het meest nauw aan elkaar gekoppelde paar superzware zwarte gaten ooit zou kunnen zijn.

Astronomen deden deze opmerkelijke ontdekking met behulp van röntgengegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory en optische gegevens van telescopen op de grond. Gemini-Noord in Hawaï en de Caltech's Palomar Transient Factory in Californië.

Deze ongebruikelijke bron, genaamd LGGS J004527.30+413254.3 (kortweg J0045+41), werd gezien in optische en röntgenfoto's van Andromeda, ook bekend als M31. Tot voor kort, wetenschappers dachten dat J0045+41 een object binnen M31 was, een groot spiraalstelsel relatief dichtbij op een afstand van ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar van de aarde. De nieuwe gegevens, echter, onthulde dat J0045+41 zich eigenlijk op een veel grotere afstand bevond, ongeveer 2,6 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.

"We waren op zoek naar een speciaal type ster in M ​​31 en dachten dat we er een hadden gevonden, " zei Trevor Dorn-Wallenstein van de Universiteit van Washington in Seattle, WA, die de krant leidde waarin deze ontdekking werd beschreven. "We waren verrast en opgewonden om iets veel vreemds te vinden!"

Nog intrigerender dan de grote afstand van J0045+41 is dat het waarschijnlijk een paar gigantische zwarte gaten bevat die dicht om elkaar heen draaien. De geschatte totale massa van deze twee superzware zwarte gaten is ongeveer tweehonderd miljoen keer de massa van onze zon.

Eerder, een ander team van astronomen had periodieke variaties gezien in het optische licht van J0045+41, en, geloven dat het een lid is van M31, classificeerde het als een paar sterren die ongeveer eens in de 80 dagen om elkaar heen draaiden.

De intensiteit van de röntgenbron waargenomen door Chandra onthulde dat deze oorspronkelijke classificatie onjuist was. Liever, J0045+41 moest ofwel een binair systeem in M ​​31 zijn met daarin een neutronenster of een zwart gat dat materiaal van een metgezel trekt - het soort systeem waarnaar Dorn-Wallenstein oorspronkelijk in M ​​31 op zoek was - of een veel massiever en verder weg gelegen systeem dat bevat ten minste één snelgroeiend superzwaar zwart gat.

Echter, een spectrum van de Gemini-North-telescoop, gemaakt door het team van de Universiteit van Washington, toonde aan dat J0045+41 minstens één superzwaar zwart gat moet bevatten en stelde de onderzoekers in staat om de afstand te schatten. Het spectrum leverde ook mogelijk bewijs dat er een tweede zwart gat aanwezig was in J0045+41 en met een andere snelheid bewoog dan het eerste, zoals verwacht als de twee zwarte gaten om elkaar heen draaien.

Het team gebruikte vervolgens optische gegevens van de Palomar Transient Factory om te zoeken naar periodieke variaties in het licht van J0045+41. Ze vonden verschillende perioden in J0045+41, inclusief degenen op ongeveer 80 en 320 dagen. De verhouding tussen deze perioden komt overeen met die voorspeld door theoretisch werk over de dynamiek van twee gigantische zwarte gaten die om elkaar heen draaien.

"Dit is de eerste keer dat er zo'n sterk bewijs is gevonden voor een paar in een baan om de aarde draaiende gigantische zwarte gaten, " zei co-auteur Emily Levesque van de Universiteit van Washington.

De onderzoekers schatten dat de twee vermeende zwarte gaten om elkaar heen draaien met een afstand van slechts een paar honderd keer de afstand tussen de aarde en de zon. Dit komt overeen met minder dan een honderdste van een lichtjaar. Ter vergelijking, de dichtstbijzijnde ster bij onze zon is ongeveer vier lichtjaar verwijderd.

Een dergelijk systeem zou kunnen ontstaan ​​als gevolg van de fusie, miljarden jaren eerder, van twee sterrenstelsels die elk een superzwaar zwart gat bevatten. Bij hun huidige nauwe scheiding, de twee zwarte gaten worden onvermijdelijk dichter naar elkaar toe getrokken omdat ze zwaartekrachtgolven uitzenden.

"We kunnen niet precies bepalen hoeveel massa elk van deze zwarte gaten bevat, " zei co-auteur John Ruan, ook van de Universiteit van Washington. "Afhankelijk van dat, we denken dat dit paar zal botsen en samensmelten tot één zwart gat in slechts 350 jaar of wel 360, 000 jaar."

Als J0045+41 inderdaad twee dicht om elkaar heen draaiende zwarte gaten bevat, zendt het zwaartekrachtgolven uit, het signaal zou echter niet detecteerbaar zijn met LIGO en Maagd. Deze faciliteiten op de grond hebben de samensmeltingen van zwarte gaten van stellaire massa met een gewicht van niet meer dan ongeveer 60 zonnen gedetecteerd en, zeer onlangs, één tussen twee neutronensterren.

"Superzware samensmeltingen van zwarte gaten vinden in slow motion plaats in vergelijking met zwarte gaten van stellaire massa", zei Dorn-Wallenstein. "De veel langzamere veranderingen in de zwaartekrachtsgolven van een systeem als J0045+41 kunnen het best worden gedetecteerd door een ander type zwaartekrachtgolffaciliteit, een Pulsar Timing Array."

Een paper waarin dit resultaat wordt beschreven, werd geaccepteerd voor publicatie in het nummer van 20 november van The Astrofysisch tijdschrift en is online beschikbaar.