Pressemeddelelse

Et ensomt og skjult sort hul får stjerne til at opføre sig mistænkeligt i kæmpe stjernehob

17. januar 2018

Der er en stjerne i den kugleformede stjernehobe NGC 3201, som opfører sig meget mærkeligt. Det ser ud, som om den kredser om et usynligt sort hul, som er omkring fire gange tungere end Solen. Det er første gang, der er fundet et sort hul, som vejer nogenlunde som en stjerne i en kuglehob, og det er første gang der fundet sådan en ved direkte at kunne iagttage tyngdekraftvirkningen fra det sorte hul. Opdagelsen er gjort af astronomer, som har brugt instrumentet MUSE på ESOs Very Large Telescope i Chile.

Kugleformede stjernehobe er enorme kugler, som indeholder titusinder af stjerner. Man  finder dem i kredsløb om de fleste galakser. Det er nogle af de ældste stjernesystemer i Universet - de stammer helt tilbage til den gang galakserne begyndte at vokse og udvikle sig. I øjeblikket kender vi mere end 150 af dem, som hører til vores egen galakse, Mælkevejen.

Instrumentet MUSE på ESOs Very Large Telescope i Chile er nu blevet brugt til at studere den af kuglehobene, som kaldes NGC 3201. Den befinder sig i det sydlige stjernebillede Vela (Sejlet). Et internationalt forskerhold har fundet ud af, at en af stjernerne[1] i NGC 3201 opfører sig meget underligt. Stjernen bliver kastet frem og tilbage med hastigheder på adskillige hundrede tusinde kilometer i timen, og med en regelmæssighed, som gentager sig hvert 167 døgn [2].

Hovedforfatter til en ny videnskabelig artikel Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland) undrer sig over stjernens opførsel: "Den kredser omkring noget, som er fuldstændig usynligt, og som vejer mere end fire gang mere end Solen - det kan kun være et sort hul! Det er det første, som er fundet i en kuglehob udelukkende ved at observere tyngdekraftspåvirkningen fra det sorte hul."

Sammenhængen imellem sorte huller og kugleformede stjernehobe er vigtig, men noget af et mysterium. Disse kuglehobe er store og tunge og meget gamle, og derfor formoder man, at de i tidens løb har dannet masser af sorte huller med masser som stjernerne - det er sket ved at tunge stjerner er eksploderet og derefter kollapset til sorte huller [3][4].

ESOs instrument MUSE giver astronomerne en helt enestående mulighed for at måle bevægelserne for tusinder af fjerne stjerner på een og samme tid. I denne omgang har forskerholdet for første gang været i stand til at finde et inaktive sort hul i hjertet af kuglehoben - det vil sige et sort hul, som ikke guffer stof i sig, og som ikke er omgivet af en lysende skive af gas. Massen for det sorte hul er beregnet ud fra bevægelsen for en stjerne, som er fanget af den enorme tyngdekraft [5].

Ud fra observationerne ser det ud til, at stjernen vejer omkring 0,8 gange Solens masse, og massen for den usete modpart er omkring 4,36 større end Solens - så det er næsten med fuld sikkerhed et sort hul [6].

For nyligt er der fundet kilder til radio- og røntgenstråling i kuglehobe, og desuden blev der i 2016 fundet tyngdekraftsbølger fra sammensmeltningen af to sorte huller, som hver for sig vejede nogenlunde som en stjerne. Det viser, at disse forholdsvis små sorte huller kan være mere almindelige i de kugleformede stjernehobe end hidtil antaget.

Giesers slutter: "Indtil for nyligt antog vi, at næsten alle sorte huller ville forsvinde fra kuglehobene i løbet af kort tid, og at dobbeltsystemer som dette her ikke burde eksistere! Men vi har helt klart taget fejl - opdagelsen her er den første direkte detektion af tyngdekraftspåvirkningerne fra et sort hul i denne størrelse i en kuglehob. Det vil hjælpe med til at vi bedre kan forstå dannelsen af kugleformede stjernehobe, og også hvordan sorte hulle og binære systemer udvikler sig - noget, som er altafgørende for at forstå kilderne til tyngdekraftsbølger."

Noter

[1] Stjernen er en "turn-off" stjerne fra Hovedserien. Det betyder, at den er tæt ved at have afsluttet den fase i sin udvikling, hvor den befinder sig i hovedserien. Den er tæt ved at have opbrugt sit hydrogenbrændsel, og nu er den lige ved at skulle blive til en rød kæmpestjerne.

[2] I øjeblikket er MUSE Konsortiet i gang med at bruge ESOs MUSE instrument til at undersøge 25 kugleformede stjernehobe i Mælkevejens nabolag. Det vil give spektrer af imellem 600 og 27 000 stjerner i hver af hobene. I forbindelse med undersøgelserne finder man også de individuelle stjerners radialhastigheder - det vil sige hvor hurtigt de bevæger sig imod eller væk fra os på Jorden. Radialhastighederne giver os oplysninger om stjernernes baner, og om det, som de måtte kredse omkring.

[3] I de kugleformede stjernehobe sker der ikke en konstant stjernedannelse, og derfor bliver sorte huller med en masse, som er sammenlignelig med stjernernes forholdsvis hurtigt de tungeste objekter, som er tilbage i kuglehobene. I almindelighed vil sorte huller i denne størrelsesorden være omkring fire gange tungere end de stjerner, som omgiver dem. Nylige teorier forventer, at sorte huller danner en tæt klump stjerner omkring sig inde i kuglehobene. Klumperne bliver så isolerede fra resten af stoffet i kuglehoben, og bevægelserne omkring kuglehobens centralområder vil forårsage, at hovedparten af de sorte huller vil bliver slynget væk fra kuglehobene. Efter blot en milliard år burde der kun være meget få tilbage.

[4] Sorte huller med masser som stjernerne - også kaldet collapsars - dannes, når tunge stjerner dør. De falder sammen under deres egen tyngdekraft, og eksploderer som voldsomme hypernovae. Tilbage vil der være et sort hul, som indeholder det meste af massen fra den forhenværende stjerne. Massen af disse kan variere imellem nogle få gange Solens og op til en snes gange tungere.

[5] Der kan ikke slippe lys ud fra de sorte huller på grund af deres enome overfladetyngdekraft. Den vigtigste måde at opdage dem på er derfor ved at studere den stråling i radio- eller røngtenbølgelængder, som kommer fra varmt stof omkring de sorte huller. Men når et sort hul ikke vekselvirker med varmt stof, og ikke samler stof ind, eller udsender stråling, bliver det "inaktivt" og dermed usynligt - som i dette tilfælde. For at finde den slags sorte huller, må man bruge andre metoder.

[6] Noget i et binært system, som ikke udstråler, kan ikke direkte observeres. I det omtalte system må man derfor ty til andre, mindre overbevisende forklaringer på, hvad der foregår. Måske er det istedet et tredobbelt system, hvor to neutronstjerner kredser tæt omkring hinanden med den tredje, observerede stjerne i kredsløb længere væk. Hvis det var tilfældet, skulle hver af de to neutronstjerner veje mindst dobbelt så meget som Solen, og et sådant system er endnu ikke blevet observeret.

Mere information

Forskningsresultaterne bliver offentliggjort i en artikel med titlen “A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201”, af B. Giesers et al., i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Forskerholdet består af Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Stefan Dreizler (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Tim-Oliver Husser (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Sebastian Kamann (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland; Liverpool John Moores University, Liverpool, United Kingdom), Guillem Anglada Escudé (Queen Mary University of London, United Kingdom), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederlandene; Universidade do Porto, CAUP, Porto, Portugal), C. Marcella Carollo (Swiss Federal Institute of Technology, ETH, Zurich, Schweiz) Martin M. Roth (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland) and Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

 

Links

• Hele artiklen
• Information om MUSE instrumentet på VLT
• Fotos af VLT

Kontakter

Benjamin Giesers
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
E-mail: giesers@astro.physik.uni-goettingen.de

Stefan Dreizler
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
E-mail: dreizler@astro.physik.uni-goettingen.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1802 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.