Een team van internationale deskundigen, befaamd om het ontkrachten van diverse ontdekkingen van zwarte gaten, heeft een zwart gat van stellaire massa opgespoord in de Grote Magelhaense Wolk, een buurstelsel van ons eigen Melkwegstelsel. ‘Voor het eerst is ons team bijeengekomen om verslag uit te brengen over de ontdekking van een zwart gat, in plaats van er eentje te ontmaskeren,’ aldus onderzoeksleider Tomer Shenar.
Ook heeft het team ontdekt dat de ster waaruit het zwarte gat is ontstaan, is verdwenen zonder dat er een krachtige explosie lijkt te hebben plaatsgevonden. De ontdekking is het resultaat van zes jaar van waarnemingen met de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ‘We hebben een ‘naald in een hooiberg’ ontdekt,’ zegt Shenar, die het onderzoek begon aan de KU Leuven [1] en nu Marie-Curie Fellow is aan de Universiteit van Amsterdam. Hoewel anderen vergelijkbare kandidaten hebben aangedragen, beweert het team dat dit het eerste ‘slapende’ zwarte gat van stellaire massa buiten ons Melkwegstelsel is waarvan het bestaan ondubbelzinnig vaststaat.
Zwarte gaten van stellaire massa worden gevormd wanneer zware sterren het einde van hun bestaan bereiken en onder hun eigen zwaartekracht ineenstorten. Wanneer zo’n ster deel uitmaakt van een dubbelster – een systeem van twee om elkaar wentelende sterren – resulteert dit proces in een zwart gat dat om een helder stralende begeleidende ster draait. Zo’n zwart gat wordt ‘slapend’ genoemd als het geen grote hoeveelheden röntgenstraling uitzendt – de manier waarop zwarte gaten doorgaans hun bestaan verraden. ‘Het is ongelooflijk dat we nauwelijks voorbeelden van slapende zwarte gaten kennen, terwijl astronomen denken dat ze heel veel voorkomen,’ legt medeauteur Pablo Marchant van de KU Leuven uit. Het nu ontdekte zwarte gat heeft minstens negen keer zoveel massa als onze zon en draait rond een hete, blauwe ster die 25 keer zwaarder is dan de zon. Slapende zwarte gaten zijn bijzonder moeilijk te vinden, omdat ze bijna geen interacties aangaan met hun omgeving. ‘We zijn al meer dan twee jaar op zoek naar zulke dubbelsterren met een zwart gat,’ zegt medeauteur Julia Bodensteiner, onderzoeker bij ESO in Duitsland. ‘Ik was dan ook erg enthousiast toen ik hoorde over VFTS 243, die naar mijn mening de meest overtuigende kandidaat tot nu toe is.’ [2]
Om VFTS 243 op te sporen, heeft het team bijna duizend zware sterren in de Tarantulanevel in de Grote Magelhaense Wolk onderzocht, op zoek naar exemplaren die een zwart gat als begeleider zouden kunnen hebben. Het is uiterst moeilijk om deze begeleiders als zwarte gaten te identificeren, omdat er zoveel alternatieve verklaringen bestaan. ‘Als onderzoeker die de afgelopen jaren diverse potentiële zwarte gaten heeft ontmaskerd, was ik uiterst sceptisch over deze ontdekking,’ zegt Shenar. Deze twijfel werd gedeeld door medeauteur Kareem El-Badry van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian in de VS, die Shenar de ‘zwarte gatenvernietiger’ noemt. ‘Toen Tomer me vroeg om zijn bevindingen te controleren, had ik mijn twijfels. Maar ik kon geen plausibele verklaring voor de gegevens vinden waar geen zwart gat aan te pas kwam,’ legt El-Badry uit.
De ontdekking geeft het team ook een unieke kijk op de processen die gepaard gaan met de vorming van zwarte gaten. Astronomen denken dat een zwart gat van stellaire massa ontstaat wanneer de kern van een stervende zware ster in elkaar stort, maar het blijft onzeker of dit al dan niet gepaard gaat met een krachtige supernova-explosie. ‘De ster die het zwarte gat in VFTS 243 heeft gevormd, lijkt volledig te zijn ingestort, zonder enig teken van een voorgaande explosie,’ legt Shenar uit. ‘De laatste tijd zijn meer aanwijzingen voor dit ‘direct-collapse’-scenario ontdekt, maar ons onderzoek levert aantoonbaar een van de hardste bewijzen. Dit heeft enorme implicaties voor de oorsprong van samensmeltende zwarte gaten in het heelal.’
De ontdekking van het zwarte gat in VFTS 243 is het resultaat van waarnemingen met het Fibre Large Array Multi Element Spectrograph-instrument (FLAMES) van ESO’s VLT, die zes jaar hebben geduurd [3]. Ondanks de bijnaam ‘zwartegaten-politie’, moedigt het team actief onderzoek aan, en hopen de astronomen dat hun ontdekking, die vandaag in Nature Astronomy is gepubliceerd, anderen ertoe zal aanzetten om ook zwarte gaten van stellaire massa die om zware sterren draaien te gaan opsporen. In ons Melkwegstelsel en de beide Magelhaense Wolken zouden daar duizenden van te vinden moeten zijn.
‘Natuurlijk verwacht ik dat anderen onze analyse zorgvuldig zullen bestuderen en alternatieve modellen zullen proberen te bedenken,’ besluit El-Badry. ‘Het is een spannend project om bij betrokken te zijn.’
Noten
[1] Het onderzoek is uitgevoerd door een team onder leiding van Hugues Sana van het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven.
[2] Een afzonderlijk onderzoek onder leiding van Laurent Mahy, waar veel van dezelfde teamleden bij betrokken zijn en dat voor publicatie in Astronomy & Astrophysics is aanvaard, gaat over een andere veelbelovende kandidaat voor een zwart gat van stellaire massa, in het HD 130298-systeem in ons eigen Melkwegstelsel.
[3] De waarnemingen die voor dit onderzoek zijn gebruikt strekken zich uit over ongeveer zes jaar: ze bestaan uit gegevens van de VLT FLAMES Tarantula Survey (onder leiding van Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; nu bij de European Space Agency), verkregen in 2008 en 2009, en aanvullende gegevens van het Tarantula Massive Binary Monitoring-programma (onder leiding van Hugues Sana, KU Leuven), verkregen tussen 2012 en 2014.
Bron: ESO
