Een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill heeft een voorheen over het hoofd geziene schatkamer van massieve zwarte gaten in dwergstelsels gevonden. De nieuw ontdekte zwarte gaten bieden een kijkje in het levensverhaal van het superzware zwarte gat in het centrum van ons eigen Melkwegstelsel.

Als een gigantisch spiraalstelsel wordt aangenomen dat de Melkweg is opgebouwd uit fusies van vele kleinere dwergstelsels. De Magelhaense Wolken die we aan de zuidelijke hemel zien, zijn bijvoorbeeld dwergstelsels die zullen opgaan in de Melkweg. Elke dwerg die erin valt, kan een centraal massief zwart gat met zich meebrengen, tien- of honderdduizenden keren de massa van onze zon, mogelijk voorbestemd om te worden opgeslokt door het centrale superzware zwarte gat van de Melkweg.

Maar hoe vaak dwergstelsels een massief zwart gat bevatten, is onbekend, wat een belangrijke lacune laat in ons begrip van hoe zwarte gaten en sterrenstelsels samen groeien. Nieuw onderzoek gepubliceerd in het Astrophysical Journal helpt deze leemte op te vullen door te onthullen dat massieve zwarte gaten vele malen vaker voorkomen in dwergstelsels dan eerder werd gedacht.

"Dit resultaat verbaasde me echt omdat deze zwarte gaten voorheen in het volle zicht verborgen waren", zegt Mugdha Polimera, hoofdauteur van de studie en een UNC-Chapel Hill Ph.D. leerling.

Gemengde berichten verzenden

Zwarte gaten worden meestal gedetecteerd wanneer ze actief groeien door het opnemen van gas en sterrenstof dat om hen heen wervelt, waardoor ze intens gloeien.

UNC-Chapel Hill Professor Sheila Kannappan, Polimera's Ph.D. adviseur en co-auteur van de studie, vergeleek zwarte gaten met vuurvliegjes.

"Net als vuurvliegjes zien we zwarte gaten alleen als ze verlicht zijn - als ze groeien - en de verlichte geven ons een idee hoeveel we er niet kunnen zien."

Het probleem is dat, terwijl groeiende zwarte gaten gloeien met kenmerkende hoogenergetische straling, jonge pasgeboren sterren dat ook kunnen. Traditioneel hebben astronomen onderscheid gemaakt tussen groeiende zwarte gaten en nieuwe stervorming met behulp van diagnostische tests die gebaseerd zijn op gedetailleerde kenmerken van het zichtbare licht van elk sterrenstelsel wanneer het wordt verspreid in een spectrum zoals een regenboog.

Het pad naar ontdekking begon toen niet-gegradueerde studenten die met Kannappan werkten, deze traditionele tests probeerden toe te passen op onderzoeksgegevens van sterrenstelsels. Het team realiseerde zich dat sommige sterrenstelsels gemengde berichten uitzonden:twee tests zouden wijzen op groeiende zwarte gaten, maar een derde zou alleen stervorming aangeven.

"Eerder werk had zojuist dubbelzinnige gevallen zoals deze verworpen uit statistische analyse, maar ik had het idee dat het misschien onontdekte zwarte gaten in dwergstelsels waren," zei Kannappan. Ze vermoedde dat de derde, soms tegenstrijdige, test gevoeliger was dan de andere twee voor typische eigenschappen van dwergen:hun eenvoudige elementaire samenstelling (voornamelijk oerwaterstof en helium van de oerknal) en hun hoge snelheid om nieuwe sterren te vormen.

Studie co-auteur Chris Richardson, een universitair hoofddocent aan de Elon University, bevestigde met theoretische simulaties dat de testresultaten met gemengde berichten precies overeenkwamen met wat de theorie zou voorspellen voor een oer-compositie, zeer stervormend dwergstelsel met een groeiend massief zwart gat. "Het feit dat mijn simulaties overeenkwamen met wat de Kannappan-groep vond, maakte me enthousiast om de implicaties voor de evolutie van sterrenstelsels te onderzoeken," zei Richardson.

Een telling van groeiende zwarte gaten

Polimera ging de uitdaging aan om een ​​nieuwe telling van groeiende zwarte gaten op te zetten, met aandacht voor zowel traditionele als gemengde berichten. Ze verkreeg gepubliceerde metingen van spectrale kenmerken van zichtbaar licht om te testen op zwarte gaten in duizenden sterrenstelsels die werden gevonden in twee onderzoeken onder leiding van Kannappan, RESOLVE en ECO. Deze onderzoeken omvatten ultraviolette en radiogegevens die ideaal zijn voor het bestuderen van stervorming, en ze hebben een ongebruikelijk ontwerp:terwijl de meeste astronomische onderzoeken monsters selecteren die de voorkeur geven aan grote en heldere sterrenstelsels, zijn RESOLVE en ECO complete inventarissen van enorme volumes van het huidige universum waarin dwergstelsels zijn er in overvloed.

"Het was belangrijk voor mij dat we onze zoektocht naar een zwart gat niet vertekenden in de richting van dwergsterrenstelsels," zei Polimera. "Maar toen ik naar de hele volkstelling keek, ontdekte ik dat het nieuwe type groeiende zwarte gaten bijna altijd in dwergen verscheen. Ik was verrast door de cijfers toen ik ze voor het eerst zag."

Meer dan 80 procent van alle groeiende zwarte gaten die ze in dwergstelsels vond, behoorde tot het nieuwe type.

Het resultaat leek te goed. "We werden allemaal nerveus", zei Polimera. "De eerste vraag die bij me opkwam was:hebben we een manier gemist waarop alleen extreme stervorming deze sterrenstelsels zou kunnen verklaren?" Ze leidde een uitputtende zoektocht naar alternatieve verklaringen voor stervorming, modellering van onzekerheden of exotische astrofysica. Uiteindelijk moest het team concluderen dat de nieuw geïdentificeerde zwarte gaten echt waren.

"We knijpen onszelf nog steeds," zei Kannappan. "We zijn verheugd om ontelbare vervolgideeën na te streven. De zwarte gaten die we hebben gevonden zijn de basisbouwstenen van superzware zwarte gaten zoals die in onze eigen Melkweg. Er is zoveel dat we over hen willen leren." + Verder verkennen

Dwergstelsel Mrk 462:'Mini' monster zwart gat kan aanwijzingen bevatten voor de groei van reus