Persbericht

Zwartegatenjagers vestigen nieuw afstandsrecord

27 januari 2010

Astronomen hebben met ESO’s Very Large Telescope een stellair zwart gat ontdekt in een ander sterrenstelsel, dat zich op veel grotere afstand bevindt dan eerder ontdekte zwarte gaten. Met een massa van vijftien keer die van de zon is dit ook het op een na zwaarste stellaire zwarte gat ooit gevonden. Het is verstrengeld met een ster die binnenkort ook een zwart gat zal worden.

De stellaire zwarte gaten [1] in onze Melkweg, die tot tien keer zo zwaar zijn als de zon, zijn zeker geen lichtgewichten, maar buiten ons sterrenstelsel zijn het slechts tweederangs spelers, nu er een stellair zwart gat is gevonden van meer dan vijftien zonsmassa’s. Tweemaal eerder werd een dergelijk object gevonden.

Het zojuist ontdekte zwarte gat bevindt zich in het spiraalstelsel NGC 300, op zes miljoen lichtjaar van de aarde. “Dit is het verste stellaire zwarte gat waarvan de massa is bepaald is en het eerste dat we zien buiten de Lokale Groep, het cluster sterrenstelsels waartoe ook onze Melkweg behoort”, zegt Paul Crowther, professor Astrofysica aan de Universiteit van Sheffield en eerste auteur van een paper over deze studie. De merkwaardige partner van dit zwarte gat is een Wolf-Rayet ster, die een massa heeft van ongeveer twintig keer de zon. Wolf-Rayet sterren zijn aan het einde van hun leven en stoten het meeste van hun buitenste lagen uit voordat ze exploderen als een supernova, waarbij hun kern implodeert tot een zwart gat.

Een röntgeninstrument aan boord van NASA’s Swift satelliet heeft in 2007 zeer gedetailleerd de omgeving van de helderste röntgenbron in NGC 300 onderzocht, die eerder ontdekt was met ESA’s röntgentelescoop XMM-Newton. “We ontdekten periodieke, zeer intense röntgenstraling, een aanwijzing dat er zich een zwart gat in de omgeving bevindt”, legt team lid Stefania Carpano van ESA uit.

Dankzij nieuwe waarnemingen met het FORS2 instrument op ESO’s Very Large Telescope, hebben astronomen hun eerdere vermoeden bevestigd. De nieuwe gegevens laten zien dat het zwarte gat en de Wolf-Rayet ster in ongeveer 32 uur om elkaar heen dansen in een duivelse wals. De astronomen ontdekten ook dat het zwarte gat materie van de ster opslokt terwijl ze om elkaar heen draaien.

“Dit is inderdaad een heel intiem stel”, merkt medewerker Robin Barnard op. “Hoe zo’n nauw verbonden systeem wordt gevormd, is nog een mysterie.”

Hoewel er slechts een keer eerder een systeem van dit type is gevonden, zijn astronomen wel bekend met andere systemen die bestaan uit een zwart gat en een begeleidende ster. Gebaseerd op deze systemen zien de astronomen een verband tussen de massa van een zwart gat en chemische processen in sterrenstelsels. “We hebben ontdekt dat de meeste stellaire zwarte gaten worden gevonden in kleinere sterrenstelsels die minder zware chemische elementen bevatten”, zegt Crowther [2]. “In grotere sterrenstelsels die meer zware elementen bevatten, zoals de Melkweg, vormen zich zwarte gaten met kleinere massa’s.” Astronomen vermoeden dat een hogere concentratie van zware elementen de evolutie van zware sterren beïnvloedt, en bepalend is voor de mate waarin materie wordt afgedragen. Uiteindelijk blijft een kleiner zwart gat wanneer het restant ineenstort.

In minder dan een miljoen jaar, is het de beurt aan de Wolf-Rayet ster om een supernova en vervolgens een zwart gat te worden. “Als het systeem deze tweede explosie overleeft, zullen de twee zwarte gaten versmelten en enorme hoeveelheden energie uitstralen in de vorm van gravitatiegolven [3]”, concludeert Crowther. Het duurt echter wel een paar miljard jaar voordat ze uiteindelijk samengaan, veel langer dan de menselijke tijdschaal. “Onze studie laat echter zien dat zulke systemen kunnen bestaan. De systemen die al zijn geëvolueerd in een dubbel zwart gat, kunnen mogelijk worden ontdekt met instrumenten die zwaartekrachtsgolven detecteren, zoals LIGO of Virgo [4].”

Noten

[1] Stellaire zwarte gaten zijn de enorme compacte restanten van ineengestorte superzware sterren. Zulke zwarte gaten hebben een massa tot twintig keer die van de zon tegenover superzware zwarte gaten die zich bevinden in het centrum van de meeste sterrenstelsels, die wel een miljoen tot een miljard keer zo zwaar kunnen zijn als de zon. Tot nu toe zijn er ongeveer twintig stellaire zwarte gaten gevonden.

[2] In de sterrenkunde worden met zware chemische elementen, of ;metalen’, alle chemische elementen bedoeld die zwaarder zijn dan helium.

[3] Voorspeld met Einsteins algemene relativiteitstheorie, zijn zwaartekrachtsgolven rimpels in ruimte en tijd. Zwaartekrachtsgolven worden gevormd wanneer er extreme variaties van sterke zwaartekrachtsvelden met tijd zijn, zoals wanneer twee zwarte gaten samensmelten. Het waarnemen van zwaartekrachtsgolven, tot op heden nog nooit rechtstreeks waargenomen, is een van de grootste uitdagingen voor de komende decennia.

[4] De LIGO en Virgo experimenten hebben als doel om zwaartekrachtsgolven op te sporen met behulp van gevoelige interferometers in Italië en de Verenigde Staten.

Meer informatie

Dit onderzoek is gepresenteerd in een ‘letter’ die zal verschijnen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (NGC 300 X-1 is a Wolf–Rayet/Black Hole binary, P.A. Crowther et al.).

Het team bestaat uit Paul Crowther en Vik Dhillon (University of Sheffield, Groot Brittanië), Robin Barnard en Simon Clark (The Open University, Groot Brittanië), en Stefania Carpano en Andy Pollock (ESAC, Madrid, Spanje).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa en wereldwijd het meest productieve astronomische observatorium. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit gericht op het ontwerp, de bouw en de exploitatie van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol in het bevorderen en organiseren van samenwerking in het sterrenkundig onderzoek. ESO exploiteert drie observatielocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal exploiteert ESO de Very Large Telescope (VLT), 's werelds meest geavanceerde optische observatorium en ESO is de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. ESO is momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop ( E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Research paper

Contact

Paul Crowther
University of Sheffield, UK
Tel: +44-114 222 4291
E-mail: Paul.Crowther@sheffield.ac.uk

Stefania Carpano
ESTEC, ESA
The Netherlands
Tel: +31-71-5654827
E-mail: scarpano@rssd.esa.int

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media