Er kan een geheel nieuwe klasse van zwarte gaten op de loer liggen in het universum, en deze kunnen veel kleiner zijn dan wat wetenschappers eerder hebben gevonden, volgens nieuwe bevindingen.
Zwarte gaten zijn enorme hemellichamen die alles opslokken dat te dichtbij komt; zelfs licht kan niet ontsnappen aan de intense zwaartekracht van een zwart gat. De zoektocht naar kleine en grote zwarte gaten - zoals de superzware die in het centrum van de meeste sterrenstelsels zitten, inclusief die van onszelf - helpt onderzoekers bij het samenstellen van hoe het universum werkt en creëert een verhaal voor het leven en de dood van sterren.
Dat komt omdat zwarte gaten de lijken zijn van wat vroeger massieve sterren waren die een explosieve ondergang ondergingen en uiteindelijk op zichzelf instortten. De explosieve dood en de daaropvolgende ineenstorting van sterren kunnen twee verschillende objecten vormen. Als de oorspronkelijke ster massief genoeg is, zal deze explosie een zwart gat opleveren, maar als dat niet het geval is, zal het lijk in plaats daarvan een klein, dicht object vormen dat bekend staat als een neutronenster.
Astronomen zoeken typisch naar deze zwarte gaten in ons eigen sterrenstelsel door röntgenstralen te meten die worden uitgezonden wanneer zwarte gaten materiaal van nabijgelegen sterren overhevelen. In verre sterrenstelsels zoeken onderzoekers daarentegen naar zwaartekrachtsgolven die ontstaan door het samensmelten van twee zwarte gaten of door een botsing van neutronensterren.
Maar een groep onderzoekers vroeg zich af of er misschien relatief kleine zwarte gaten zijn die niet de veelbetekenende röntgensignalen van andere zwarte gaten afgeven. Dergelijke hypothetische zwarte gaten zouden waarschijnlijk bestaan in een binair systeem met een andere ster, hoewel ze ver genoeg van deze ster zouden cirkelen om niet veel van hun stellaire metgezel te eten; als zodanig, vermoedden de onderzoekers, zouden deze kleine zwarte gaten geen detecteerbare röntgenstralen afgeven en dus onzichtbaar blijven voor astronomen, zei Todd Thompson, professor in de astronomie aan de Ohio State University en hoofdauteur van de studie waarin de nieuwe bevindingen.
"We zijn er vrij zeker van dat er veel, veel van deze zwarte gaten in binaire systemen met sterren in de sterrenstelsels moeten zijn, alleen dat we ze niet hebben gevonden omdat ze moeilijk te vinden zijn," vertelde Thompson WordsSideKick.com. Maar 'het is altijd interessant om te proberen dingen te vinden die niet te zien zijn'.
Thompson en zijn collega's zochten naar bewijs van deze zwarte gaten in de stellaire metgezellen van de voorgestelde objecten. De onderzoekers doorzochten gegevens van het Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) met informatie over het lichtspectrum - de verschillende golflengten van energie die door een object worden geproduceerd - van meer dan 100.000 sterren in onze melkweg.
De informatie uit dit onderzoek onthulde veranderende spectra, of golflengten van licht, van elk van die sterren. Als de onderzoekers veranderingen in deze spectra opmerkten - bijvoorbeeld een verschuiving naar blauwere golflengten of een verschuiving naar rodere golflengten - zou dat kunnen betekenen dat een bepaalde ster om een ongeziene metgezel draaide. Nadat ze deze analyse hadden uitgevoerd, keken de onderzoekers naar de helderheidsveranderingen van een subset van sterren die zwarte gaten zouden kunnen draaien, met behulp van gegevens van een ander onderzoek genaamd de All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Ze zochten naar de sterren die oplichtten en dimden, terwijl ze ook rood en blauw verschoven.
Zo ontdekten de onderzoekers een enorm donker object opgesloten in een zwaartekrachtomhelzing met een snel roterende gigantische ster op ongeveer 10.000 lichtjaar afstand in de verre uithoeken van ons sterrenstelsel, nabij het sterrenbeeld Auriga. De onderzoekers schatten de massa van dit object op ongeveer 3,3 keer die van onze zon, te massief om een neutronenster te zijn en niet massief genoeg in vergelijking met enig bekend zwart gat.
De meest massieve neutronenster die wetenschappers kennen, is 2,1 keer de massa van onze zon, terwijl het minst massieve zwarte gat dat we kennen ongeveer vijf tot zes keer de massa van onze zon is, zei Thompson. De ondergrensmassa van het nieuw gevonden object - de laagste massa die dit object zou kunnen zijn - is 2,6 keer de massa van onze zon, en dat is wat astronomen denken dat de bovengrens is voor hoe theoretisch massieve neutronensterren kunnen worden. Meer massief dan dat, en de neutronenster zou instorten in een zwart gat.
Dus dit donkere, mysterieuze object 'zou de meest massieve neutronenster ooit kunnen zijn', precies op de grens waarna het niet kan bestaan, zei Thompson. 'Ik zou zelfs nog meer opgewonden zijn als dat waar was.' Maar meer dan waarschijnlijk is het het veronderstelde maar nooit eerder ontdekte zwarte gat met een relatief lage massa, voegde hij eraan toe.
Dejan Stojkovic, een kosmoloog en hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Buffalo College of Arts and Sciences die niet bij het onderzoek betrokken was, was het daarmee eens. "Dit is hoogstwaarschijnlijk een zwart gat", omdat het te massief is om een neutronenster te zijn, tenzij het een soort ongebruikelijke ster is, vertelde Stojkovic aan WordsSideKick.com. 'De bevinding klinkt heel redelijk', maar niet onverwacht, aangezien astronomen weten dat er zwarte gaten met een lagere massa bestaan.
Thompson zei dat hij uitkijkt naar toekomstige ontdekkingen, zoals informatie over de helling van de baan van de ster rond het donkere object dat het Gaia-ruimtevaartuig van de European Space Agency zou kunnen verzamelen in een aanstaande missie. Dit kan onderzoekers helpen de massa van het donkere object nauwkeuriger te meten.
De bevindingen werden gisteren (31 oktober) gepubliceerd in het tijdschrift Science.
