In 1916 theoretiseerde Karl Schwarzchild het bestaan ​​van zwarte gaten als een oplossing voor Einsteins veldvergelijkingen voor zijn algemene relativiteitstheorie. Tegen het midden van de 20e eeuw begonnen astronomen voor het eerst zwarte gaten te detecteren met behulp van indirecte methoden, die bestonden uit het observeren van hun effecten op omringende objecten en de ruimte. Sinds de jaren tachtig hebben wetenschappers superzware zwarte gaten (SMBH's) bestudeerd, die zich in het centrum van de meeste massieve sterrenstelsels in het universum bevinden. En in april 2019 bracht de Event Horizon Telescope (EHT)-samenwerking de eerste afbeelding uit die ooit van een SMBH is gemaakt.

Deze waarnemingen zijn een kans om de natuurwetten onder de meest extreme omstandigheden te testen en bieden inzicht in de krachten die het universum hebben gevormd. Volgens een recente studie vertrouwde een internationaal onderzoeksteam op gegevens van het Gaia Observatorium van de ESA om een ​​zonachtige ster met vreemde baankenmerken te observeren. Vanwege de aard van zijn baan concludeerde het team dat het deel moet uitmaken van een zwart gat binair systeem. Dit maakt het het dichtstbijzijnde zwarte gat van ons zonnestelsel en impliceert het bestaan ​​van een aanzienlijke populatie van slapende zwarte gaten in onze melkweg.

Het onderzoek werd geleid door Kareem El-Badry, een Harvard Society Fellow-astrofysicus bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). Hij werd vergezeld door onderzoekers van CfA, MPIA, Caltech, UC Berkely, het Centre for Computational Astrophysics (CCA) van het Flatiron Institute, het Weizmann Institute of Science, het Observatoire de Paris, het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT, en meerdere universiteiten. Het artikel waarin hun bevindingen worden beschreven, zal worden gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Zoals El-Badry via e-mail aan Universe Today uitlegde, maakten deze waarnemingen deel uit van een bredere campagne om slapende metgezellen van zwarte gaten van normale sterren in het Melkwegstelsel te identificeren. "Ik ben de afgelopen vier jaar op zoek geweest naar slapende zwarte gaten met behulp van een breed scala aan datasets en methoden", zei hij. "Mijn eerdere pogingen leverden een gevarieerde menagerie van binaire bestanden op die zich voordoen als zwarte gaten, maar dit was de eerste keer dat de zoektocht vruchten afwierp."

Voor deze studie vertrouwden El-Badry en zijn collega's op gegevens die waren verkregen door het Gaia-observatorium van de European Space Agency (ESA). Deze missie heeft bijna een decennium besteed aan het meten van de posities, afstanden en eigenbewegingen van bijna 1 miljard astronomische objecten, zoals sterren, planeten, kometen, asteroïden en sterrenstelsels. Door de beweging van objecten te volgen terwijl ze rond het centrum van de Melkweg draaien (een techniek die bekend staat als astrometrie), wil de Gaia-missie de meest nauwkeurige 3D-ruimtecatalogus bouwen die ooit is gemaakt.

Voor hun doeleinden onderzochten El-Badry en zijn collega's alle 168.065 sterren in de Gaia Data Release 3 (GDR3) die twee-lichaamsbanen leken te hebben. Hun analyse vond een bijzonder veelbelovende kandidaat, een G-type (gele ster) genaamd Gaia DR3 4373465352415301632 - voor hun doeleinden noemde het team het Gaia BH1. Op basis van de waargenomen orbitale oplossing bepaalden El-Badry en zijn collega's dat deze ster een binaire metgezel van een zwart gat moet hebben. Zei El-Badry:

"De Gaia-gegevens beperken hoe de ster aan de hemel beweegt, waarbij een ellips wordt gevolgd terwijl deze om het zwarte gat draait. De grootte van de baan en de periode ervan geven ons een beperking voor de massa van zijn onzichtbare metgezel - ongeveer 10 zonsmassa's. In om te bevestigen dat de Gaia-oplossing correct is en om niet-zwarte gaten alternatieven uit te sluiten, hebben we de ster spectroscopisch waargenomen met verschillende andere telescopen. Dit verscherpte onze beperkingen op de massa van de metgezel en bewees dat het echt 'donker' is. "

Om hun waarnemingen te bevestigen, analyseerde het team radiale snelheidsmetingen van Gaia BH1 van meerdere telescopen. Dit omvatte de Echelle Spectrometer (HIRES) van het W.M. Keck Observatory, de Fiber-fed Extended Range Optical Spectrograph (FEROS)-spectrograaf van de MPG/ESO-telescoop, de X-Shooter-spectrograaf van de Very Large Telescope (VLT) en de Gemini Multi-Object Spectrographs. (GMOS), de Magellan Echellette (MagE) spectrograaf en de Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST).

Vergelijkbaar met de methode die wordt gebruikt voor het jagen op exoplaneten (Doppler-spectroscopie), stelden de spectra van deze instrumenten het team in staat om de zwaartekrachten die zijn baan beïnvloeden te observeren en te meten. Deze vervolgwaarnemingen bevestigden de orbitale oplossing van Gaia BH1 en dat een metgezel van ongeveer tien zonsmassa's ermee in een baan ronddraaide. Zoals El-Badry aangaf, zouden deze bevindingen het eerste zwarte gat in de Melkweg kunnen vormen dat niet werd waargenomen op basis van zijn röntgenstraling of andere energetische emissies:

"Modellen voorspellen dat de Melkweg ongeveer 100 miljoen zwarte gaten bevat. Maar we hebben er slechts ongeveer 20 waargenomen. Alle voorgaande die we hebben waargenomen, bevinden zich in 'röntgendubbelsterren':het zwarte gat eet een begeleidende ster , en het schijnt helder in röntgenstralen wanneer de zwaartekracht van dat materiaal wordt omgezet in licht. Maar deze vertegenwoordigen slechts het topje van de ijsberg:er kan een veel grotere populatie op de loer liggen, verborgen in meer wijdverspreide dubbelsterren. De ontdekking van Gaia BH1 schijnt vroeg licht op deze populatie."

Indien bevestigd, kunnen deze bevindingen betekenen dat er een robuuste populatie van slapende zwarte gaten in de Melkweg is. Dit verwijst naar zwarte gaten die niet zichtbaar zijn door heldere schijven, uitbarstingen van straling of hypervelocity-jets die uit hun polen komen (zoals vaak het geval is bij quasars). Als deze objecten alomtegenwoordig zijn in onze melkweg, kunnen de implicaties voor stellaire en galactische evolutie ingrijpend zijn. Het is echter mogelijk dat dit specifieke slapende zwarte gat een uitbijter is en niet indicatief voor een grotere populatie.

Om hun bevindingen te verifiëren, kijken El-Badry en zijn collega's uit naar Gaia Data Release 4 (DDR 4), waarvan de datum nog moet worden bepaald, die alle gegevens zal bevatten die zijn verzameld tijdens de vijfjarige nominale missie (GDR 4 ). Deze release bevat de meest actuele astrometrische, fotometrische en radiale-snelheidscatalogi voor alle waargenomen sterren, dubbelsterren, sterrenstelsels en exoplaneten. De vijfde en laatste release (DDR 5) zal gegevens bevatten van de nominale en uitgebreide missie (de volledige tien jaar).

"Op basis van het BH-complotpercentage dat wordt geïmpliceerd door Gaia BH1, schatten we dat de volgende Gaia-gegevensrelease de ontdekking van tientallen vergelijkbare systemen mogelijk zal maken", zei El-Badry. "Met slechts één object is het moeilijk om precies te weten wat het inhoudt over de populatie (het kan gewoon een vreemde eend in de bijt zijn). We zijn enthousiast over de bevolkingsdemografische studies die we met grotere steekproeven kunnen doen." + Verder verkennen

'Zwartgatpolitie' ontdekt een slapend zwart gat buiten het Melkwegstelsel