Gedetecteerd door zwaartekrachtlenzen, kan de interstellaire zwerver in plaats daarvan een forse neutronenster zijn
Een fors maar compact object in ons melkwegstelsel zou het eerste bekende geïsoleerde zwarte gat met stellaire massa kunnen zijn (een afgebeeld), of het zou een zware neutronenster kunnen zijn.
Een eenzaam hemellichaam – massiever dan de zon, maar veel kleiner – zwerft door de melkweg op een paar duizend lichtjaren van de aarde. Het zou het eerste geïsoleerde zwarte gat van stellaire massa kunnen zijn dat in de Melkweg is gedetecteerd. Of misschien is het wel een van de zwaarste neutronensterren die we kennen.
De interstellaire zwerver openbaarde zich voor het eerst in 2011, toen zijn zwaartekracht het licht van een verder weg gelegen ster even uitvergroot. Maar in die tijd ontging de ware aard ervan onderzoekers. Nu hebben twee teams van astronomen de beelden van de Hubble Space Telescope geanalyseerd om de identiteit van de reiziger te ontmaskeren – en zijn tot enigszins andere conclusies gekomen.
De mysterieuze schurk is een zwart gat ongeveer zeven keer zo zwaar als de zonmeldt een team in een studie in de pers in de Astrofysisch tijdschrift. Of het is een beetje lichter – slechts twee tot vier keer het gewicht van onze dichtstbijzijnde ster – en daarom ofwel een ongewoon lichtgewicht zwart gat of een merkwaardig forse neutronenster, meldt een andere groep in een studie in de pers in de Astrofysische journaalbrieven.
Neutronensterren en stellaire zwarte gaten worden gevormd wanneer massieve sterren – minstens meerdere keren het gewicht van de zon – aan het einde van hun leven onder hun eigen zwaartekracht instorten. Astronomen geloven dat ongeveer een miljard neutronensterren en ongeveer 100 miljoen stellaire zwarte gaten op de loer liggen in onze melkweg (SN: 18/8/17). Maar deze objecten zijn niet gemakkelijk te herkennen. Neutronensterren zijn zo klein – ongeveer zo groot als een stad – dat ze niet veel licht produceren. En zwarte gaten zenden helemaal geen licht uit.
Om dit soort objecten te detecteren, observeren wetenschappers meestal hoe ze hun omgeving beïnvloeden. “De enige manier waarop we ze kunnen vinden, is als ze iets anders beïnvloeden”, zegt Kailash Sahu, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore.
Tot op heden hebben wetenschappers bijna twee dozijn stellaire zwarte gaten ontdekt. (Deze relatief lichte zwarte gaten zijn nietig vergeleken met de superzware kolossen die zich in het centrum van de meeste sterrenstelsels bevinden, inclusief die van ons (SN: 18-1-21).) Om dit te doen, hebben onderzoekers gekeken hoe deze objecten interageren met hun nabije hemelse buren. Wanneer een zwart gat opgesloten zit in een zwaartekrachtdans met een andere ster, scheurt het materie weg van zijn partner. Als dat materiaal op het zwarte gat valt, zendt het röntgenstraling uit, die telescopen in een baan om de aarde kunnen detecteren.
Maar het vinden van zwarte gaten in binaire systemen geeft geen volledig beeld van het koninkrijk van zwarte gaten. Omdat deze objecten voortdurend materie aantasten, is het een uitdaging om de massa te bepalen waarmee ze zijn gevormd. En aangezien geboortegewicht een belangrijk kenmerk is van een zwart gat, is dat een belangrijk nadeel van het kijken naar binaire systemen, zegt Sahu. “Als we de eigenschappen van zwarte gaten willen begrijpen, kunnen we het beste geïsoleerde vinden.”
Al meer dan tien jaar scannen onderzoekers de hemel op solitaire zwarte gaten. De zoektochten waren gebaseerd op Einsteins algemene relativiteitstheorie, die stelt dat elk massief object, zelfs een onzichtbaar object, de ruimte in zijn nabijheid buigt (SN: 2/3/21). Die buiging zorgt ervoor dat het licht van achtergrondsterren wordt vergroot en vervormd, een fenomeen dat bekend staat als gravitationele microlensing. Door veranderingen in de helderheid en schijnbare positie van sterren te meten, kunnen wetenschappers de massa berekenen van het tussenliggende object dat zich als een lens gedraagt ​​- een techniek die ook een paar extrasolaire planeten naar boven heeft afgerond (SN: 24-7-17).
In 2011 maakten onderzoekers bekend dat ze een ster hadden gespot die ineens meer dan 200 keer helderder was geworden. Maar die eerste waarnemingen, gedaan met telescopen in Chili en Nieuw-Zeeland, konden niet onthullen of de schijnbare positie van de ster ook aan het veranderen was. En die informatie is de sleutel om de massa van het tussenliggende object vast te pinnen. Als het een zwaargewicht is, zou de zwaartekracht de ruimte zo vervormen dat de ster lijkt te bewegen. Maar zelfs een “grote” verschuiving in de positie van de ster zou extreem klein en moeilijk te detecteren zijn geweest. En helaas worden fijne details in astronomische beelden die zijn vastgelegd door telescopen op de grond vaak vervaagd vanwege de turbulente atmosfeer van onze planeet (SN: 7/29/20).
Om deze aardse beperking te omzeilen, wendden twee onafhankelijke teams van astronomen zich tot de Hubble-ruimtetelescoop. Dit observatorium kan uiterst gedetailleerde beelden vastleggen, aangezien het boven het grootste deel van de atmosfeer van de aarde draait.
Beide groepen ontdekten dat de locatie van de ster in de loop van meerdere jaren verschoof. Een van de teams, onder leiding van Sahu, concludeerde dat de schijnbare dans van de ster werd veroorzaakt door een object dat ongeveer zeven keer zo zwaar was als de zon. Een ster met die massa zou op de Hubble-beelden fel helder zijn geweest, maar de onderzoekers zagen niets. Zo zwaar en donker moet een zwart gat zijn, meldt het team.
Maar een andere groep onderzoekers, geleid door astronoom Casey Lam van de University of California, Berkeley, vond andere resultaten. Lam en haar collega’s berekenden dat de massa van het lensobject lager was, slechts ongeveer twee tot vier keer de massa van de zon. Het zou dus een neutronenster of een zwart gat kunnen zijn, concludeerde de groep.
Wat het ook is, het is een intrigerend object, zegt astronoom Jessica Lu, een lid van Lams team ook bij UC Berkeley. Dat komt omdat het een beetje een vreemde eend in de bijt is qua massa. Het is ofwel een van de meest massieve neutronensterren die tot nu toe zijn ontdekt, of het is een van de minst massieve zwarte gaten die we kennen, zegt Lu. “Het valt binnen deze vreemde regio die we de massakloof noemen.”
Ondanks de onenigheid zijn dit opwindende resultaten, zegt Will M. Farr, een astrofysicus aan de Stony Brook University in New York die niet bij beide onderzoeken betrokken was. “Om op de instrumentale limiet te werken in de echte voorhoede van wat meetbaar is, is heel opwindend.”
