Cygnus X-1 is het zwaarste stellaire zwarte gat dat is waargenomen zonder gebruik te maken van zwaartekrachtgolven
Het beroemde Cygnus X-1 zwarte gat (geïllustreerd, massa slurpt van zijn begeleidende ster) is bijna 1,5 keer zo zwaar als astronomen dachten, suggereren nieuwe waarnemingen.
Het eerste zwarte gat dat ooit is ontdekt, heeft nog een paar verrassingen in petto.
Nieuwe waarnemingen van het zwart gat-sterpaar Cygnus X-1 geven aan dat het zwarte gat ongeveer 21 keer zoveel weegt als de zon – bijna 1,5 keer zwaarder dan eerdere schattingen. De bijgewerkte massa laat astronomen nadenken over hoe sommige sterren die een zwart gat vormen, evolueren. Om een ​​ster-formaat of stellair zwart gat zo massief te laten bestaan ​​in de Melkweg, moet zijn moederster minder massa hebben afgeworpen door sterrenwinden dan verwacht, rapporteren onderzoekers online op 18 februari in Wetenschap​
Weten hoeveel massa sterren tijdens hun leven verliezen door stellaire winden, is belangrijk om te begrijpen hoe deze sterren hun omgeving verrijken met zware elementen. Het is ook de sleutel tot het begrijpen van de massa en samenstelling van die sterren wanneer ze exploderen en zwarte gaten achterlaten.
De bijgewerkte massameting van Cygnus X-1 is “een grote verandering ten opzichte van een oude favoriet”, zegt Tana Joseph, een astronoom aan de Universiteit van Amsterdam die niet bij het werk betrokken was. Stephen Hawking wedde de beroemde natuurkundige Kip Thorne dat het Cygnus X-1-systeem, ontdekt in 1964, geen zwart gat bevatte – en gaf de weddenschap toe in 1990, toen wetenschappers algemeen aanvaard hadden dat Cygnus X-1 het eerste bekende zwarte gat bevatte in het heelal (SN: 4/10/19​
Astronomen kregen een nieuwe kijk op Cygnus X-1 met behulp van de Very Long Baseline Array of VLBA. Dit netwerk van 10 radioschotels strekt zich uit over de Verenigde Staten, van Hawaï tot de Maagdeneilanden, en vormt samen een radioschotel ter grootte van een continent. In 2016 volgde de VLBA gedurende zes dagen radioheldere materiaalstralen die uit het zwarte gat van Cygnus X-1 spuwden (de tijd die het kostte voordat het zwarte gat en zijn begeleidende ster eenmaal in een baan om elkaar cirkelden). Die waarnemingen boden een duidelijk beeld van hoe de positie van het zwarte gat in de ruimte in de loop van zijn baan veranderde. Dat hielp op zijn beurt onderzoekers om de geschatte afstand tot Cygnus X-1 te verfijnen.
De nieuwe waarnemingen suggereren dat Cygnus X-1 ongeveer 7.200 lichtjaar van de aarde verwijderd is, in plaats van de eerdere schatting van ongeveer 6.000 lichtjaar. Dit houdt in dat de ster in Cygnus X-1 zelfs nog helderder en dus groter is dan astronomen dachten. De ster weegt ongeveer 40,6 zonnen, schatten de onderzoekers. Het zwarte gat moet ook zwaarder zijn om de zwaartekracht aan zo’n zware ster te verklaren. Het zwarte gat weegt ongeveer 21,2 zonnen – veel zwaarder dan de eerder geschatte 14,8 zonsmassa’s, zeggen de wetenschappers.
De nieuwe massameting voor het zwarte gat van Cygnus X-1 is zo groot dat het het begrip van astronomen van de massieve sterren die ineenstorten om zwarte gaten te vormen, uitdaagt, zegt co-auteur Ilya Mandel, een astrofysicus aan de Monash University in Melbourne, Australië.
“Soms worden sterren geboren met een vrij hoge massa – er zijn observaties van sterren die worden geboren met een massa van meer dan 100 zonsmassa’s”, zegt Mandel. Maar men denkt dat zulke enorme sterren veel van hun gewicht verliezen door sterrenwinden voordat ze in zwarte gaten veranderen. Hoe groter de ster en hoe meer zware elementen hij bevat, hoe sterker zijn sterrenwinden. Dus in sterrenstelsels die rijk zijn aan zware elementen, zoals de Melkweg, wordt verondersteld dat grote sterren – ongeacht hun startmassa – krimpen tot ongeveer 15 zonsmassa’s voordat ze in zwarte gaten instorten.
Het zwarte gat van 21 zonsmassa van Cygnus X-1 ondermijnt dat idee.
De zwaartekrachtgolfdetectoren LIGO en Virgo hebben zwarte gaten ontdekt met een gewicht van tientallen zonsmassa’s in andere sterrenstelsels (SN: 21-01-21​ Maar dat komt waarschijnlijk omdat LIGO naar verre melkwegstelsels kijkt die eerder in het universum bestonden, zegt Joseph. Destijds waren er minder zware elementen, dus de sterrenwinden waren zwakker. Met de nieuwe Cygnus X-1-meting “nu moeten we zeggen, wacht even, we zitten in een [heavy element]-Rijke omgeving vergeleken met het vroege universum… maar we zijn er toch in geslaagd om dit echt enorme zwarte gat te maken, “zegt ze,” dus misschien verliezen we niet zoveel massa door sterrenwinden als we aanvankelijk dachten. “
