Binaire sterren blijven zich voordoen als zwarte gaten

Naarmate astronomische datasets groter worden, zoeken wetenschappers ze af naar zwarte gaten, in de hoop de exotische objecten beter te begrijpen. Maar de drang om meer zwarte gaten te vinden leidt sommige astronomen op een dwaalspoor.

“Je zegt dat zwarte gaten als een speld in een hooiberg zijn, maar plotseling hebben we veel meer hooibergen dan voorheen”, zegt astrofysicus Kareem El-Badry van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. “Je hebt betere kansen om ze te vinden, maar je hebt ook meer mogelijkheden om dingen te vinden die erop lijken.”

Nog twee beweerde zwarte gaten bleken de laatste te zijn: rare dingen die op hen lijken. Ze zijn allebei eigenlijk dubbelstersystemen in nooit eerder vertoonde stadia in hun evolutieEl-Badry en zijn collega’s rapporteren 24 maart in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society. De sleutel tot het begrijpen van de systemen is uitzoeken hoe het licht dat eruit komt, moet worden geïnterpreteerd, zeggen de onderzoekers.

Begin 2021 meldden astronoom Tharindu Jayasinghe van de Ohio State University en zijn collega’s dat ze een sterrenstelsel hadden gevonden – liefkozend de Eenhoorn – ongeveer 1500 lichtjaar van de aarde waarvan ze dachten dat deze in zijn laatste jaren een gigantische rode ster bevatte die rond een onzichtbaar zwart gat cirkelde. Sommige van dezelfde onderzoekers, waaronder Jayasinghe, rapporteerden later een tweede soortgelijk systeem, genaamd de Giraffegevonden op ongeveer 12.000 lichtjaar afstand.

Maar andere onderzoekers, waaronder El-Badry, waren er niet van overtuigd dat de systemen zwarte gaten herbergden. Dus Jayasinghe, El-Badry en anderen bundelden hun krachten om de gegevens opnieuw te analyseren.

Om de aard van elk stersysteem te verifiëren, wendden de onderzoekers zich tot stellaire spectra, de regenbogen die worden geproduceerd wanneer sterlicht wordt opgesplitst in de samenstellende golflengten. Het spectrum van elke ster zal lijnen hebben waar atomen in de stellaire atmosfeer bepaalde golflengten van licht hebben geabsorbeerd. Een langzaam draaiende ster heeft zeer scherpe lijnen, maar een snel draaiende ster heeft vage en uitgesmeerde lijnen.

“Als de ster snel genoeg draait, worden eigenlijk alle spectrale kenmerken bijna onzichtbaar”, zegt El-Badry. “Normaal gesproken detecteer je een tweede ster in een spectrum door naar een andere reeks lijnen te zoeken”, voegt hij eraan toe. “En dat is moeilijker als een ster snel ronddraait.”

Dat is de reden waarom Jayasinghe en collega’s elk van deze systemen aanvankelijk verkeerd begrepen, ontdekte het team.

“Het probleem was dat er niet slechts één ster was, maar een tweede die zich in feite verstopte”, zegt astrofysicus Julia Bodensteiner van de European Southern Observatory in Garching, Duitsland, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. Die tweede ster in elk systeem draait erg snel, waardoor ze moeilijk te zien zijn in de spectra.

Bovendien zullen de lijnen in het spectrum van een ster die om iets heen draait heen en weer verschuiven, zegt El-Badry. Als je aanneemt dat het spectrum slechts één gemiddelde, langzaam draaiende ster in een baan om de aarde laat zien – wat op het eerste gezicht in deze systemen leek te gebeuren – leidt die aanname tot de verkeerde conclusie dat de ster in een baan om een ​​onzichtbaar zwart gat draait.

In plaats daarvan hebben de Eenhoorn en Giraffe elk twee sterren, gevangen in een nooit eerder gezien stadium van stellaire evolutie, ontdekten de onderzoekers na heranalyse van de gegevens. Beide systemen bevatten een oudere rode reuzenster met een gezwollen atmosfeer en een ‘subreus’, een ster op weg naar dat late-levensstadium. De subreuzen zijn dicht genoeg bij hun metgezel rode reuzen dat ze door zwaartekracht materiaal van hen stelen. Naarmate deze subreuzen meer massa verzamelen, draaien ze sneller rond, zegt El-Badry, waardoor ze aanvankelijk ondetecteerbaar waren.

“Iedereen was op zoek naar echt interessante zwarte gaten, maar wat ze vonden, zijn echt interessante binaire getallen”, zegt Bodensteiner.

Dit zijn niet de enige systemen die recentelijk astronomen hebben misleid. Wat werd beschouwd als het dichtstbijzijnde zwarte gat bij de aarde, bleek ook een paar sterren te zijn in een zelden gezien evolutiestadium (SN: 3/11/22).

“Natuurlijk is het teleurstellend dat wat we dachten dat zwarte gaten waren, dat niet waren, maar het maakt deel uit van het proces”, zegt Jayasinghe. Hij en zijn collega’s zijn nog steeds op zoek naar zwarte gaten, zegt hij, maar met een groter bewustzijn van hoe paren op elkaar inwerkende sterren hen kunnen misleiden.