Astronomen die opletten voor een supernova-explosie in het nabijgelegen sterrenstelsel M83, waren in plaats daarvan getuige van een wonderbaarlijke explosie van een ander type: een nieuwe ultraluminische röntgenbron of ULX. In wat wetenschappers een 'buitengewone uitbarsting' noemen, verhoogde de ULX in M83 de helderheid van de röntgenstraling met minstens 3.000 keer, een van de grootste veranderingen in röntgenstralen die ooit voor dit type object is gezien.
"Het oplaaien van deze ULX verraste ons en was een zeker teken dat we iets nieuws hadden ontdekt over de manier waarop zwarte gaten groeien", zegt Roberto Soria van Curtin University in Australië, die de nieuwe studie leidde.
De onderzoekers zeggen dat deze explosie direct bewijs levert voor een populatie van oude, vluchtige stellaire zwarte gaten en nieuw inzicht geeft in de aard van een mysterieuze klasse van zwarte gaten die evenveel energie kan produceren in röntgenstralen als een miljoen zonnen uitstralen op alle golflengten .
Astrofysicus Bill Blair van de Johns Hopkins University schreef in de Chandra Blog: "Er gebeurde iets grappigs tijdens het wachten op de volgende supernova in M83", zei dit sterrenstelsel, ook wel bekend als de Southern Pinwheel Galaxy, "is een geweldig geschenk van de natuur. Op 15 miljoen lichtjaar afstand is het eigenlijk een van de dichtstbijzijnde sterrenstelsels (slechts 7-8 keer verder verwijderd dan het Andromedastelsel), maar het lijkt bijna precies op het gezicht gericht, waardoor de aardbewoners een fantastisch uitzicht hebben op zijn prachtige spiraalarmen en actieve stervormingskern. '
M83 heeft sinds 1923 zes waargenomen supernova's gegenereerd, maar de laatste was in 1983. "We hebben te laat een nieuwe supernova!" Blair schreef.
Veel astronomen hebben dus M83 waargenomen in de hoop een nieuwe supernova te zien, maar zagen in plaats daarvan een dramatische sprong in röntgenhelderheid, die volgens de onderzoekers waarschijnlijk optrad vanwege een plotselinge toename van de hoeveelheid materiaal die in het zwart viel gat.
Een ULX kan meer röntgenstralen afgeven dan de meeste 'normale' binaire systemen waarin een begeleidende ster zich in een baan rond een neutronenster of een zwart gat bevindt. De supergrote röntgenemissie suggereert dat ULX's zwarte gaten bevatten die mogelijk veel groter zijn dan die elders in ons sterrenstelsel.
De begeleidende sterren bij ULX's zijn, wanneer ze worden geïdentificeerd, meestal jonge, massieve sterren, wat inhoudt dat hun zwarte gaten ook jong zijn. Het recentste onderzoek levert echter direct bewijs dat ULX's veel oudere zwarte gaten kunnen bevatten en dat sommige bronnen mogelijk verkeerd zijn geïdentificeerd als jonge.
De waarnemingen van M83 zijn gedurende een periode van meerdere jaren bij Chandra gedaan. Geen teken van de ULX werd gevonden in historische röntgenfoto's gemaakt met Einstein Observatory in 1980, ROSAT in 1994, de European Space Agency's XMM-Newton in 2003 en 2008, NASA's Swift-observatorium in 2005, de Magellan-telescoopobservaties in april 2009 of in een Hubble-afbeelding verkregen in augustus 2009.
Maar in 2011 gebruikten Soria en zijn collega's optische beelden van de Gemini Observatory en NASA's Hubble Space Telescope en zagen ze een helderblauwe bron op de positie van de röntgenbron.
Het ontbreken van een blauwe bron in de eerdere afbeeldingen geeft aan dat de begeleidende ster van het zwarte gat zwakker, roder is en een veel lagere massa heeft dan de meeste metgezellen die eerder rechtstreeks waren gekoppeld aan ULX's. De heldere, blauwe optische emissie van 2011 moet veroorzaakt zijn door een dramatische opeenhoping van meer materiaal van de begeleidende ster.
"Als de ULX alleen was waargenomen tijdens zijn piek van röntgenemissie in 2010, had het systeem gemakkelijk kunnen worden aangezien voor een zwart gat met een enorme, veel jongere stellaire metgezel, ongeveer 10 tot 20 miljoen jaar oud," zei co -auteur Blair.
De metgezel van het zwarte gat in M83 is waarschijnlijk een rode gigantische ster van minstens 500 miljoen jaar oud, met een massa van minder dan vier keer de zon. Theoretische modellen voor de evolutie van sterren suggereren dat het zwarte gat bijna net zo oud moet zijn als zijn metgezel.
Een ander ULX met een vluchtig, oud zwart gat werd onlangs ontdekt in het Andromeda-sterrenstelsel door een team onder leiding van Amanpreet Kaur van Clemson University, gepubliceerd in het nummer van Astronomy and Astrophysics van februari 2012. Matthew Middleton en collega's van de Universiteit van Durham rapporteerden meer informatie in het maartnummer van de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ze gebruikten gegevens van Chandra, XMM-Newton en HST om te laten zien dat de ULX zeer variabel is en dat zijn metgezel een oude, rode ster is.
"Met deze twee objecten wordt het duidelijk dat er twee klassen ULX zijn, één met jonge, hardnekkig groeiende zwarte gaten en de andere met oude zwarte gaten die onregelmatig groeien", zegt Kip Kuntz, co-auteur van het nieuwe M83-document, ook van Johns Hopkins University. "We hadden het geluk dat we het M83-object op het juiste moment konden observeren om de vergelijking voor en na te maken."
Een paper met een beschrijving van deze resultaten zal verschijnen in het nummer van 10 mei van The Astrophysical Journal.
Bronnen: NASA, Chandra Blog
