Astronomen hebben met behulp van gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory bewijs gevonden voor duizenden zwarte gaten in de buurt van het centrum van ons Melkwegstelsel.

Deze premie voor zwarte gaten bestaat uit stellaire zwarte gaten, die typisch tussen de vijf en 30 keer de massa van de zon wegen. Deze nieuw geïdentificeerde zwarte gaten werden gevonden binnen drie lichtjaar - een relatief korte afstand op kosmische schalen - van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel dat bekend staat als Sagittarius A* (Sgr A*).

Theoretische studies van de dynamiek van sterren in sterrenstelsels hebben aangetoond dat een grote populatie van stellaire zwarte gaten - wel 20, 000 - zou in de loop van de eeuwen naar binnen kunnen drijven en zich rond Sgr A* verzamelen. Deze recente analyse met behulp van Chandra-gegevens is het eerste observationele bewijs voor een dergelijke premie voor een zwart gat.

Een zwart gat op zich is onzichtbaar. Echter, een zwart gat - of neutronenster - opgesloten in een nauwe baan met een ster zal gas van zijn metgezel trekken (astronomen noemen deze systemen "röntgendubbelsterren"). Dit materiaal valt in een schijf en warmt op tot miljoenen graden en produceert röntgenstralen voordat het in het zwarte gat verdwijnt. Sommige van deze röntgendubbelsterren verschijnen als puntachtige bronnen in het Chandra-beeld.

Een team van onderzoekers, onder leiding van Chuck Hailey van de Columbia University in New York, gebruikte Chandra-gegevens om te zoeken naar röntgendubbelsterren die zwarte gaten bevatten die zich in de buurt van Sgr A* bevinden. Ze bestudeerden de röntgenspectra - dat is de hoeveelheid röntgenstraling die bij verschillende energieën wordt waargenomen - van bronnen binnen ongeveer 12 lichtjaar van Sgr A*.

Het team selecteerde vervolgens bronnen met röntgenspectra die vergelijkbaar zijn met die van bekende röntgendubbelsterren, die relatief grote hoeveelheden röntgenstraling met lage energie bevatten. Met behulp van deze methode ontdekten ze veertien röntgendubbelsterren binnen ongeveer drie lichtjaar van Sgr A*. Twee röntgenbronnen die waarschijnlijk neutronensterren bevatten op basis van de detectie van karakteristieke uitbarstingen in eerdere onderzoeken, werden vervolgens uit de analyse verwijderd.

De twaalf overgebleven röntgendubbelsterren worden in de gelabelde versie van de afbeelding geïdentificeerd met behulp van roodgekleurde cirkels. Andere bronnen met relatief grote hoeveelheden hoogenergetische röntgenstraling zijn gemarkeerd in het wit, en zijn meestal dubbelsterren met witte dwergsterren.

Hailey en zijn medewerkers concludeerden dat een meerderheid van deze tientallen röntgendubbelsterren waarschijnlijk zwarte gaten bevatten. De mate van variabiliteit die ze hebben laten zien over tijdschalen van jaren is anders dan verwacht voor röntgendubbelsterren die neutronensterren bevatten.

Alleen de helderste röntgendubbelsterren die zwarte gaten bevatten, zijn waarschijnlijk detecteerbaar op een afstand van Sgr A*. Daarom, de detecties in deze studie impliceren dat een veel grotere populatie van zwakkere, onopgemerkte dubbelsterren van röntgenstraling - minstens 300 en maximaal duizend - die zwarte gaten met stellaire massa bevatten, zouden rond Sgr A* aanwezig moeten zijn.

Deze populatie van zwarte gaten met begeleidende sterren in de buurt van Sgr A* zou inzicht kunnen verschaffen in de vorming van röntgendubbelsterren van nabije ontmoetingen tussen sterren en zwarte gaten. Deze ontdekking zou ook toekomstig onderzoek naar zwaartekrachtgolven kunnen informeren. Het kennen van het aantal zwarte gaten in het centrum van een typisch melkwegstelsel kan helpen om beter te voorspellen hoeveel zwaartekrachtgolfgebeurtenissen ermee geassocieerd kunnen worden.

Een nog grotere populatie van stellaire zwarte gaten zonder begeleidende sterren zou aanwezig moeten zijn in de buurt van Sgr A*. Volgens theoretisch vervolgwerk van Aleksey Generozov van Columbia en zijn collega's, meer dan ongeveer 10, 000 zwarte gaten en maar liefst 40, 000 zwarte gaten zouden in het centrum van de Melkweg moeten bestaan.

Hoewel de auteurs sterk voorstander zijn van de verklaring van een zwart gat, ze kunnen de mogelijkheid niet uitsluiten dat tot ongeveer de helft van de waargenomen dozijn bronnen afkomstig zijn uit een populatie van milliseconde pulsars, d.w.z., zeer snel roterende neutronensterren met sterke magnetische velden.

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, verscheen in het nummer van 5 april van het tijdschrift Natuur .