Al bijna een halve eeuw onderschrijven wetenschappers de theorie dat wanneer een ster aan het einde van zijn levenscyclus komt, hij door de zwaartekracht zal instorten. Op dit punt, aangenomen dat er voldoende massa aanwezig is, zal deze instorting de vorming van een zwart gat veroorzaken. Weten waar en hoe een zwart gat zal ontstaan, is al lang iets waar astronomen naar op zoek waren.
En waarom niet? In staat zijn om de vorming van een zwart gat te zien, zou niet alleen een geweldige gebeurtenis zijn, het zou ook leiden tot een schat aan wetenschappelijke ontdekkingen. En volgens een recent onderzoek door een team van onderzoekers van de Ohio State University in Columbus, hebben we dat misschien eindelijk gedaan.
Het onderzoeksteam werd geleid door Christopher Kochanek, een professor in de astronomie en een Eminent Scholar aan de staat Ohio. Aan de hand van beelden van de Grote Binoculaire Telescoop (LBT) en de Hubble Ruimtetelescoop (HST) voerden hij en zijn collega's een reeks observaties uit van een rode superreus genaamd N6946-BH1.
Om het vormingsproces van zwarte gaten te doorbreken, vormt zich, volgens ons huidige begrip van de levenscycli van sterren, een zwart gat nadat een ster met een zeer hoge massa een supernova heeft ervaren. Dit begint wanneer de ster zijn toevoer van brandstof heeft uitgeput en ondergaat plotseling een massaverlies, waarbij de buitenste schil van de ster wordt afgestoten, waardoor een overblijvende neutronenster achterblijft.
Dit wordt vervolgens gevolgd door elektronen die zich weer hechten aan afgezette waterstofionen, waardoor een heldere opflakkering optreedt. Wanneer het versmelten van waterstof stopt, begint het stellaire overblijfsel af te koelen en te vervagen; en uiteindelijk condenseert de rest van het materiaal tot een zwart gat.
De afgelopen jaren hebben verschillende astronomen echter gespeculeerd dat sterren in sommige gevallen een mislukte supernova zullen ervaren. In dit scenario beëindigt een ster met een zeer hoge massa zijn levenscyclus door in een zwart gat te veranderen zonder dat de gebruikelijke enorme uitbarsting van energie vooraf plaatsvindt.
Zoals het Ohio-team opmerkte in hun onderzoek - getiteld "De zoektocht naar mislukte supernova's met de grote binoculaire telescoop: bevestiging van een verdwijnende ster" - kan dit zijn wat er is gebeurd met N6946-BH1, een rode superreus die 25 keer de massa van onze Zon op 20 miljoen lichtjaar van de aarde.
Met behulp van informatie verkregen met de LBT merkte het team op dat de N6946-BH1 een interessante verandering liet zien in de helderheid tussen 2009 en 2015 - toen er twee afzonderlijke waarnemingen werden gedaan. Op de beelden van 2009 verschijnt N6946-BH1 als een heldere, geïsoleerde ster. Dit kwam overeen met archiefgegevens die de HST in 2007 had verzameld.
Uit door de LBT in 2015 verkregen gegevens bleek echter dat de ster niet langer zichtbaar was in de zichtbare golflengte, wat ook werd bevestigd door Hubble-gegevens van hetzelfde jaar. LBT-gegevens toonden ook aan dat de ster gedurende 2009 gedurende enkele maanden een korte maar intense opflakkering had, waarbij hij een miljoen keer helderder werd dan onze zon, en daarna gestaag vervaagde.
Ze hebben ook gegevens uit de Palomar Transit Factory (PTF) -onderzoek geraadpleegd ter vergelijking, evenals waarnemingen van Ron Arbor (een Britse amateurastronoom en supernova-jager). In beide gevallen vertoonden de waarnemingen tekenen van een uitbarsting gedurende een korte periode in 2009, gevolgd door een gestage afname.
Uiteindelijk kwam deze informatie allemaal overeen met het mislukte supernovae-zwarte-gatenmodel. Zoals Prof. Kochanek, de hoofdauteur van de paper van de groep - - vertelde Space Magazine via e-mail:
“In het gefaalde supernova / zwart gat formatiebeeld van deze gebeurtenis, wordt de transiënt aangedreven door de gefaalde supernova. De ster die we voor het evenement zien is een rode superreus - dus je hebt een compacte kern (ter grootte van ~ aarde) uit de waterstof brandende schaal, en dan een enorme, gezwollen uitgestrekte envelop van voornamelijk waterstof die zich zou kunnen uitstrekken tot de schaal van Jupiter baan. Deze envelop is erg zwak gebonden aan de ster. Wanneer de kern van de ster instort, daalt de zwaartekrachtmassa met een paar tienden van de massa van de zon vanwege de energie die door neutrino's wordt meegevoerd. Deze daling van de zwaartekracht van de ster is voldoende om een zwakke schokgolf door de gezwollen envelop te sturen waardoor deze wegdrijft. Dit produceert een koele, lage helderheid (vergeleken met een supernova, ongeveer een miljoen keer de helderheid van de zon) die ongeveer een jaar aanhoudt en wordt aangedreven door de energie van recombinatie. Alle atomen in de gezwollen envelop werden geïoniseerd - elektronen niet gebonden aan atomen - terwijl de uitgeworpen envelop uitzet en afkoelt, worden de elektronen allemaal weer gebonden aan de atomen, waardoor de energie vrijkomt om de transiënt van stroom te voorzien. Wat we in de gegevens zien, komt overeen met dit beeld. ”
Uiteraard heeft het team alle beschikbare mogelijkheden overwogen om de plotselinge 'verdwijning' van de ster te verklaren. Dit omvatte de mogelijkheid dat de ster in zoveel stof was gehuld dat het optische / UV-licht werd geabsorbeerd en opnieuw werd uitgezonden. Maar zoals ze ontdekten, kwam dit niet overeen met hun waarnemingen.
"De essentie is dat geen enkel model dat stof gebruikt om de ster te verbergen echt werkt, dus het lijkt erop dat wat er nu is, veel minder lichtgevend moet zijn dan die reeds bestaande ster." Kochanek legde uit. "Binnen de context van het mislukte supernova-model, is het restlicht consistent met het late verval van emissie van materiaal dat op het nieuw gevormde zwarte gat valt."
Uiteraard zijn verdere observaties nodig voordat we kunnen weten of dit het geval was. Dit zou hoogstwaarschijnlijk betrekking hebben op IR- en röntgenmissies, zoals de Spitzer-ruimtetelescoop en de Chandra X-ray Observatory, of een van de vele ruimtetelescopen van de volgende generatie die de komende jaren zullen worden ingezet.
Bovendien hopen Kochanek en zijn collega's het mogelijke zwarte gat met de LBT te blijven volgen en het object over een jaar opnieuw te bezoeken met de HST. 'Als het waar is, moeten we blijven zien dat het object na verloop van tijd vervaagt', zei hij.
Onnodig te zeggen dat deze ontdekking, indien waar, een ongekende gebeurtenis in de geschiedenis van de astronomie zou zijn. En het nieuws heeft zeker zijn opwinding bij de wetenschappelijke gemeenschap opgedaan. Zoals Avi Loeb - een professor in astronomie aan de Harvard University - via e-mail zei tegen Space Magazine:
“De aankondiging over de mogelijke ontdekking van een ster die instortte om een zwart gat te maken, is erg interessant. Als het waar is, is dit het eerste directe zicht op de verloskamer van een zwart gat. Het beeld is enigszins rommelig (zoals elke verloskamer), met onzekerheden over de eigenschappen van de baby die is afgeleverd. De manier om te bevestigen dat een zwart gat is geboren, is door röntgenstralen te detecteren.
“We weten dat er zwarte gaten met een stellaire massa bestaan, meest recentelijk dankzij de ontdekking van zwaartekrachtsgolven uit hun samensmelting door het LIGO-team. Bijna tachtig jaar geleden voorspelden Robert Oppenheimer en medewerkers dat zware sterren zouden kunnen instorten tot zwarte gaten. Nu hebben we misschien het eerste directe bewijs dat het proces daadwerkelijk in de natuur plaatsvindt.
Maar natuurlijk moeten we onszelf eraan herinneren dat, gezien de afstand, wat we konden zien met de N6946-BH1 20 miljoen jaar geleden gebeurde. Dus vanuit het perspectief van dit potentiële zwarte gat is de vorming ervan oud nieuws. Maar voor ons zou het een van de meest baanbrekende waarnemingen in de geschiedenis van de astronomie kunnen zijn.
Net als ruimte en tijd is betekenis relatief ten opzichte van de waarnemer!
