Blijkbaar is dat 'monsterzwarte gat' dat onderzoekers ontdekten toch niet zo monsterlijk. Maar fouten vinden en eraan werken om ze te corrigeren in hoe de wetenschap vooruitgaat.
In een recente studie (een peer-reviewed studie gepubliceerd op 27 november), rapporteerde een team van wetenschappers de ontdekking van het binaire systeem LB-1, dat een ster bevat en, volgens de bevindingen, een metgezel van een zwart gat 70 keer de massa van onze zon. Dit was groot nieuws, een zwarte massa met een stellaire massa (zwarte gaten gevormd door de zwaartekracht van een ster) is doorgaans minder dan de helft van die massa. Maar hoewel de studie, geleid door Jifeng Liu, van het National Astronomical Observatory of China (NAOC) van de Chinese Academie van Wetenschappen, opwindend was, was het ook fout.
Deze week kwamen er drie nieuwe artikelen uit die de bevindingen van Liu's onderzoek opnieuw onderzochten, en deze studies zeggen dat het zwarte gat van LB-1 eigenlijk niet zo groot is.
Vreemde zwarte gaten
Zwarte gaten in de sterrenmassa worden meestal geïdentificeerd door de heldere röntgenstraling die afkomstig is van het gas dat de objecten aantrekken of binnenhalen van hun begeleidende sterren. Maar het zwarte gat dat in LB-1 wordt opgemerkt, is "niet-interactief"; met andere woorden, het neemt geen gas op van zijn ster, dus het kan niet worden gevonden door heldere emissies. Wetenschappers denken dat er veel voorbeelden zijn van dit type zwart gat in het universum, maar omdat deze objecten moeilijk te herkennen zijn, zijn er weinig waarnemingen om te laten zien hoeveel er mogelijk zijn.
Dus om te bepalen of het systeem een zwart gat had, moest het team van Liu het object indirect vinden en bestuderen door beweging in de Doppler-verschuiving van de ster van het systeem en een dieprode emissielijn te observeren.
Onder het Doppler-fenomeen lijken objecten die naar de aarde toe bewegen blauw, omdat de lichtgolflengten korter worden en rood wanneer ze van ons weggaan, omdat de golflengten langer worden. De emissielijn, bekend als een H-alfa-emissielijn, is een spectraallijn of een donkere lijn in een spectrum. Spectraallijnen worden vaak gebruikt om atomen of moleculen te identificeren en deze specifieke lijn wordt gemaakt door waterstofelektronen. Het team van Liu voltooide hun werk in de veronderstelling dat deze lijn afkomstig was van de aanwasschijf rond het zwarte gat.
Door veranderingen in de Doppler-verschuiving te meten, konden onderzoekers de snelheid van de objecten en dus hun massa bepalen. "Als de ster en de metgezel evenveel zouden versnellen, zou dat betekenen dat ze dezelfde massa hebben, en als iemand veel minder accelereert, zou het veel zwaarder zijn", University of California, Berkeley, astronomie-doctorandus Kareem El-Badry , een co-auteur van een van de drie artikelen die deze resultaten analyseren, zei. Dus, bij het meten van de wiebelende beweging van de emissie afkomstig van (wat het team van Liu veronderstelde) het zwarte gat, stelde het team van Liu vast dat de snelheid van het zwarte gat moest betekenen dat het extreem massief was voor een zwart gat met een stellaire massa.
Als de emissie in feite afkomstig was van een zwart gat en bewoog zoals ze meldden, zou dat inderdaad betekenen dat er een extreem massief object in het systeem was, legde El-Badry uit.
Het grootste probleem met deze conclusie? Het blijkt dat deze emissielijn, waarvan de beweging het belangrijkste bewijs was voor het voorgestelde ultramassieve object, niet wiebelde. In feite bewoog het helemaal niet, de nieuwe kranten die de conclusies van Liu's team behandelden, werden gevonden.
Een gewaagde claim
Je hebt misschien de afgelopen weken horen praten over een "onmogelijke" zwarte massa van 70 zonsmassa. In de huidige dosis koud water beweren we dat de gegevens verkeerd zijn geïnterpreteerd en dat er geen aanwijzingen zijn voor een ongewoon enorme BH. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc 10 december 2019
De bewering van een vreemd massieve ontdekking van een zwart gat trof El-Badry voor het eerst vreemd, omdat dit type zwart gat nog nooit eerder met zo'n massa is waargenomen. 'Mijn eerste gedachte toen de krant uitkwam, is dat dit zo'n gewaagde bewering is dat het bewijs beter echt goed is', vertelde El-Badry aan Space.com. 'Je moet altijd een open geest hebben, maar in dit geval was de claim absoluut buitengewoon en was het bewijs wat wankeler.'
Het belangrijkste probleem dat El-Badry ontdekte, was dat de emissielijn alleen leek te bewegen; het was niet echt wiebelen.
El-Badry en Eliot Quataert, hoogleraar astronomie en natuurkunde aan UC Berkeley, publiceerden hun analyse op maandag (9 december) naar de preprint-server arXiv. Hun paper is ook ingediend voor publicatie in het tijdschrift The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Een ontbrekende absorptielijn
Dus, hoe kan een emissielijn alleen 'lijken te bewegen'? Nou, het kwam toevallig op een absorptielijn uit, wat de illusie creëerde.
Om de illusie te begrijpen, moet je eerst weten wat een absorptielijn is. De buitenste atmosferische lagen rond sterren dienen als absorberend materiaal om licht afkomstig van de ster te absorberen. Dus wanneer onderzoekers het lichtspectrum van sterren bestuderen, kunnen ze absorptielijnen zien, die worden gecreëerd door atomen in de atmosfeer die overgaan tussen atoomtoestanden.
Met de ster in LB-1 was er een absorptielijn "verborgen" door de emissielijn, zei El-Badry. Een dergelijke situatie kan de illusie wekken dat de emissielijn beweegt, wat de schijn wekt van Doppler-verschuiving, wat El-Badry en de wetenschappers achter de andere artikelen in de onderzoeken hebben uitgelegd en getoond. Door simpelweg de absorptielijn af te trekken van metingen van de emissielijn, ontdekten El-Badry en Quataert, die dezelfde gegevens gebruikten voor hun onderzoek als het team van Liu, dat de emissielijn helemaal niet bewoog.
Zonder de beweging van deze emissie, legde Todd Thompson, een professor aan de afdeling Astronomie van de Ohio State University, die niet betrokken was bij een van deze artikelen, uit aan Space.com, zijn er twee mogelijke interpretaties. Of het tweede object in het systeem is veel zwaarder dan ooit is waargenomen (veel meer dan 70 zonsmassa's) of, veel waarschijnlijker, er zou gewoon een zwart gat van gemiddelde grootte in LB-1 kunnen zijn en de emissielijn komt van ergens anders, zei Thompson.
'Er is iets. Het is gewoon dat het waarschijnlijk gewoon een gewoon zwart gat is met een enorme massa', vertelde Jackie Faherty, een senior wetenschapper bij het American Museum of Natural History in New York en een co-host van 'StarTalk Radio', vertelde Space. .com. Faherty was bij geen van deze kranten betrokken.
Maar omdat de emissielijn waarschijnlijk niet uit het zwarte gat komt, kunnen onderzoekers geen super nauwkeurige schatting krijgen van de massa van het zwarte gat. Maar de analyse van het team van El-Badry suggereert dat het zwarte gat hoogstwaarschijnlijk tussen de 5 en 20 zonsmassa's is, wat, zoals ze in hun artikel beschreven, 'het meest plausibel lijkt'.
Ontdekking ... opgepakt?
Er zijn twee aanvullende documenten verschenen die ook de beweringen van het team van Liu heroverwegen. Een, een studie onder leiding van de Nieuw-Zeelandse theoretische astronoom J.J. Eldridge, die is gepubliceerd naar arXiv, heeft een theoretische benadering gekozen om het systeem te analyseren. Onderzoekers in die studie simuleerden een grote bibliotheek met verschillende soorten binaire systemen om te zien of de wetenschappers een binair bestand konden vinden dat overeenkwam met de waarnemingen die voor LB-1 werden gerapporteerd. Ze vonden er meerdere die dat konden, maar geen enkele met zwarte gaten van 70 zonsmassa.
De andere studie, ook gepubliceerd op arXiv, en geleid door Michael Abdul-Masih van het Instituut voor Astronomie aan de universiteit KU Leuven in België, nam een soortgelijke benadering aan als die van El-Badry. In plaats van dezelfde gegevens te gebruiken als het team van Liu, verzamelden deze onderzoekers echter hun eigen spectrum van het binaire systeem met een andere telescoop. Ze deden ook simulaties waarbij ze een absorptielijn onder een emissielijn plaatsten om te zien of de emissie leek te bewegen zoals die in LB-1. In deze simulaties ontdekte het team van Abdul-Masih dat de lijn heen en weer leek te bewegen, wat verder bewijs leverde dat de emissielijn in het systeem er alleen uitziet alsof hij beweegt.
Inwisseling voor LB-1
'Het leek een beetje te opwindend om waar te zijn', zei Faherty. Maar, voegde ze eraan toe, 'dit is ook de manier waarop de wetenschap vooruitgaat'.
Faherty benadrukte dat "Dit is oké om dit soort dingen te laten gebeuren ... Het is slechts een correctie op een eerder resultaat ... Het is OK om een dergelijke situatie te hebben", voegde ze eraan toe. 'De wetenschap gaat vooruit en gaat vooruit.'
Deze vervolgstudies hebben aangetoond dat het secundaire object in LB-1 niet echt een ultradun, ultramassief zwart gat is. Het is echter nog steeds een uitzonderlijk interessant object en het is het waard om verder te bestuderen, zei El-Badry.
Omdat er zoveel aandacht is geweest voor de oorspronkelijke studie, ook met deze vervolganalyses, is de interesse voor de studie van het LB-1-systeem en soortgelijke systemen toegenomen.
Door niet-interagerende zwarte gaten zoals die geassocieerd met LB-1 te identificeren en te bestuderen, kunnen wetenschappers meer leren over deze ongrijpbare objecten. Naar verluidt komen ze veel voor in de ruimte, ze zijn moeilijk te herkennen, omdat ze geen heldere röntgenstraling produceren.
"Het is een zeer interessante tijd om op zoek te gaan naar deze niet-interfererende zwarte gaten, en ze hebben zeker een heel interessant systeem gevonden", zei Thompson. Er is een 'populatie die moet bestaan uit zwarte gaten in stellaire binaries waar er geen actieve interactie is tussen de twee componenten', voegde hij eraan toe.
Daarnaast kan het interessant zijn als wetenschappers blijven onderzoeken waar deze H-alpha-emissielijn precies vandaan komt. De kranten die LB-1 opnieuw onderzoeken, suggereren "dat het mogelijk is dat materiaal uit de omgeving dit kan verklaren, maar het is een klein mysterie ... het is OK om een mysterie bij een resultaat te betrekken", zei Faherty.
Space.com nam contact op met Liu's team voor commentaar en Liu zei: "We schrijven een paper om al deze zorgen weg te nemen." Hij voegde eraan toe dat zijn team verwacht dat de krant volgende week ergens uitkomt.
- Wat zijn zwarte gaten?
- Black Hole Quiz: Hoe goed ken je de raarste creaties van de natuur?
- Eureka! Wetenschappers fotograferen voor de eerste keer een zwart gat
