Hoewel zwarte gaten en peuters niet veel gemeen lijken te hebben, ze lijken in één aspect opmerkelijk op elkaar:beide zijn rommelige eters, voldoende bewijs genereren dat er een maaltijd heeft plaatsgevonden.

Maar terwijl men uitwerpselen van pasta of spetters yoghurt zou kunnen achterlaten, de andere creëert een nasleep van verbijsterende proporties. Als een zwart gat een ster opslokt, het produceert wat astronomen een 'getijdeverstoring' noemen. Het versnipperen van de ongelukkige ster gaat gepaard met een uitbarsting van straling die het gecombineerde licht van elke ster in het gaststelsel van het zwarte gat maandenlang kan overtreffen, zelfs jaren.

In een paper gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift , een team van astronomen onder leiding van Sixiang Wen, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona, gebruik de röntgenstralen die worden uitgezonden door een getijdenverstoring die bekend staat als J2150 om de eerste metingen te doen van zowel de massa als de spin van het zwarte gat. Dit zwarte gat is van een bepaald type - een zwart gat met gemiddelde massa - dat lange tijd aan waarneming is ontgaan.

"Het feit dat we dit zwarte gat konden vangen terwijl het een ster aan het verslinden was, biedt een opmerkelijke kans om te observeren wat anders onzichtbaar zou zijn, " zei Ann Zabludoff, UArizona hoogleraar astronomie en co-auteur van het papier. "Niet alleen dat, door de flare te analyseren, konden we deze ongrijpbare categorie zwarte gaten beter begrijpen, die mogelijk verantwoordelijk zijn voor de meeste zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels."

Door de röntgengegevens opnieuw te analyseren die zijn gebruikt om de J2150-flare waar te nemen, en het te vergelijken met geavanceerde theoretische modellen, de auteurs toonden aan dat deze flare inderdaad afkomstig was van een ontmoeting tussen een ongelukkige ster en een middelzwaar zwart gat. Het tussenliggende zwarte gat in kwestie heeft een bijzonder lage massa - voor een zwart gat dat wil zeggen - met een gewicht van ongeveer 10, 000 keer de massa van de zon.

"De röntgenstraling van de binnenste schijf gevormd door het puin van de dode ster maakte het ons mogelijk om de massa en spin van dit zwarte gat af te leiden en het te classificeren als een tussenliggend zwart gat, ' zei Wen.

Er zijn tientallen getijdenverstoringen waargenomen in de centra van grote sterrenstelsels met superzware zwarte gaten, en een handvol is ook waargenomen in de centra van kleine sterrenstelsels die intermediaire zwarte gaten zouden kunnen bevatten. Echter, gegevens uit het verleden zijn nooit gedetailleerd genoeg geweest om te bewijzen dat een individuele fakkel van getijdenverstoring werd aangedreven door een tussenliggend zwart gat.

"Dankzij moderne astronomische waarnemingen, we weten dat de centra van bijna alle sterrenstelsels die vergelijkbaar zijn met of groter zijn dan onze Melkweg centrale superzware zwarte gaten bevatten, " zei co-auteur Nicholas Stone, een senior docent aan de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem. "Deze kolossen variëren in grootte van 1 miljoen tot 10 miljard keer de massa van onze zon, en ze worden krachtige bronnen van elektromagnetische straling wanneer er te veel interstellair gas in hun nabijheid valt."

De massa van deze zwarte gaten correleert nauw met de totale massa van hun gastheerstelsels; de grootste sterrenstelsels herbergen de grootste superzware zwarte gaten.

"We weten nog steeds heel weinig over het bestaan ​​van zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels die kleiner zijn dan de Melkweg, " zei co-auteur Peter Jonker van de Radboud Universiteit en SRON Netherlands Institute for Space Research, beide in Nederland. "Vanwege observatiebeperkingen, het is een uitdaging om centrale zwarte gaten te ontdekken die veel kleiner zijn dan 1 miljoen zonsmassa's."

Ondanks hun veronderstelde overvloed, de oorsprong van superzware zwarte gaten blijft onbekend, en veel verschillende theorieën wedijveren momenteel om ze te verklaren, volgens Jonker. Intermediaire zwarte gaten zouden de zaden kunnen zijn waaruit superzware zwarte gaten groeien.

"Daarom, als we een beter idee krijgen van hoeveel bonafide intermediaire zwarte gaten er zijn, het kan helpen bepalen welke theorieën over de vorming van superzware zwarte gaten correct zijn, " hij zei.

Nog spannender, volgens Zabludoff, is de meting van de spin van J2150 die de groep kon verkrijgen. De spinmeting bevat aanwijzingen over hoe zwarte gaten groeien, en mogelijk tot deeltjesfysica.

Dit zwarte gat heeft een snelle spin, maar niet de snelst mogelijke spin, Zabludoff legde uit, de vraag opwerpend hoe het zwarte gat met een spin in dit bereik terecht komt.

"Het is mogelijk dat het zwarte gat op die manier is gevormd en sindsdien niet veel is veranderd, of dat twee middelzware zwarte gaten onlangs zijn samengesmolten om deze te vormen, " zei ze. "We weten wel dat de spin die we hebben gemeten, scenario's uitsluit waarin het zwarte gat gedurende een lange tijd groeit door gestaag gas te eten of door veel snelle gassnacks die vanuit willekeurige richtingen aankomen."

In aanvulling, de spinmeting stelt astrofysici in staat hypothesen te testen over de aard van donkere materie, waarvan wordt gedacht dat het de meeste materie in het universum uitmaakt. Donkere materie kan bestaan ​​uit onbekende elementaire deeltjes die nog niet zijn gezien in laboratoriumexperimenten. Onder de kandidaten bevinden zich hypothetische deeltjes die bekend staan ​​als ultralichte bosonen, Steen uitgelegd.

"Als die deeltjes bestaan ​​en massa's hebben in een bepaald bereik, ze zullen voorkomen dat een zwart gat met een gemiddelde massa snel ronddraait, ' zei hij. 'Toch draait het zwarte gat van de J2150 snel. Dus, onze spinmeting sluit een brede klasse van ultralichte bosontheorieën uit, presentatie van de waarde van zwarte gaten als buitenaardse laboratoria voor deeltjesfysica."

In de toekomst, nieuwe waarnemingen van uitbarstingen van getijdenverstoringen kunnen astronomen de leemten in de massaverdeling van zwarte gaten opvullen, hopen de auteurs.

"Als blijkt dat de meeste dwergstelsels zwarte gaten van gemiddelde massa bevatten, dan zullen ze de snelheid van stellaire getijdenverstoring domineren, Stone zei. "Door de röntgenstraling van deze fakkels aan te passen aan theoretische modellen, we een telling kunnen uitvoeren van de gemiddelde massa zwarte gatenpopulatie in het universum, ' voegde Wen eraan toe.

Om dat te doen, echter, meer getijdenverstoringen moeten worden waargenomen. Daarom hebben astronomen hoge verwachtingen van nieuwe telescopen die binnenkort online komen. zowel op aarde als in de ruimte, inclusief het Vera C. Rubin Observatorium, ook bekend als de Legacy Survey of Space and Time, of LSST, die naar verwachting duizenden getijdenverstoringen per jaar zal ontdekken.