211service.com
Het eerste zwarte gat dat ooit is ontdekt, is massiever dan we dachten
Een artistieke illustratie van het Cygnus X-1 zwarte gat en de ster. Internationaal centrum voor onderzoek naar radioastronomie
Einstein voorspelde voor het eerst het bestaan van zwarte gaten toen hij in 1916 zijn algemene relativiteitstheorie publiceerde, waarin hij beschreef hoe zwaartekracht het weefsel van ruimtetijd vormt. Maar astronomen zagen er pas in 1964 een, op zo'n 6.070 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cygnus. Geigertellers die de ruimte in werden gelanceerd, detecteerden kosmische röntgenstraling afkomstig uit een regio genaamd Cygnus X-1. (We weten nu dat de kosmische straling wordt geproduceerd door zwarte gaten. Destijds waren wetenschappers het oneens over wat het was: Stephen Hawking wedde de beroemde natuurkundige Kip Thorne dat dit signaal niet van een zwart gat was, maar hij gaf toe in 1990.)
Nu, zo'n 57 jaar later, hebben wetenschappers geleerd dat het zwarte gat in Cygnus X-1 veel massiever is dan eerst werd gedacht, waardoor we opnieuw moesten nadenken over hoe zwarte gaten ontstaan en evolueren. Deze keer werden de waarnemingen vanaf het aardoppervlak gedaan.
Tot op zekere hoogte was het resultaat serendipiteit, zegt James Miller-Jones van het International Center for Radio Astronomy Research aan de Curtin University in Australië, de hoofdauteur van de nieuwe studie, gepubliceerd in Science . We waren aanvankelijk niet van plan om de afstand en de massa van het zwarte gat opnieuw te meten, maar toen we onze gegevens hadden geanalyseerd, realiseerden we ons het volledige potentieel ervan.
Zwarte gaten zijn objecten die zo massief zijn dat zelfs licht, laat staan fysieke materie, verondersteld wordt te ontsnappen aan zijn aantrekkingskracht. Maar soms spuwt men op onverklaarbare wijze stralen straling en geïoniseerde materie de ruimte in. Miller-Jones en zijn team wilden onderzoeken hoe materie wordt gezogen in en verdreven uit zwarte gaten, dus namen ze Cygnus X-1 onder de loep.
Ze observeerden het zwarte gat gedurende zes dagen met behulp van de Very Long Baseline Array, een netwerk van 10 radiotelescopen verspreid over Noord-Amerika, van Hawaï tot de Maagdeneilanden. De resolutie is vergelijkbaar met wat nodig zou zijn om een object van 10 centimeter op de maan te zien, en het is dezelfde techniek die de Event Horizon Telescope gebruikte om maak de eerste foto van een zwart gat .
Met behulp van een combinatie van metingen met radiogolven en temperaturen, heeft het team de precieze banen gemodelleerd van zowel het zwarte gat van Cygnus X-1 als de massieve superreus HDE 226868 (de twee objecten draaien om elkaar). Door de banen van elk object te kennen, kon het team hun massa extrapoleren - in het geval van het zwarte gat, 21 zonsmassa's, wat ongeveer 50% meer is dan ooit werd gedacht.
De massa van zwarte gaten hangt af van een aantal factoren, met name de grootte van de ster die in het zwarte gat is ingestort en de hoeveelheid massa die wegerodert in de vorm van stellaire wind. Hetere en helderdere sterren hebben de neiging om meer vluchtige sterrenwinden te produceren, en ze hebben ook de neiging om zwaarder te zijn. Dus hoe massiever een ster is, des te vatbaarder is hij om vóór en tijdens zijn ineenstorting massa te verliezen via stellaire wind, wat resulteert in een lichter zwart gat.
Maar over het algemeen dachten wetenschappers dat de sterrenwinden in de Melkweg sterk genoeg waren om de massa van zwarte gaten te beperken tot niet meer dan 15 zonsmassa's, ongeacht hoe groot de sterren oorspronkelijk waren. De nieuwe bevindingen doen die schattingen duidelijk teniet.
Het vinden van een zwart gat dat aanzienlijk massiever was dan deze limiet, vertelt ons dat we onze modellen moeten herzien van hoeveel massa de grootste sterren tijdens hun leven verliezen aan stellaire winden, zegt Miller-Jones. Het kan betekenen dat de sterrenwinden die door de Melkweg bewegen minder krachtig zijn dan we dachten, of dat sterren op andere manieren massa bloeden. Of het kan betekenen dat zwarte gaten zich grilliger gedragen dan we kunnen voorzien.
Het team is van plan om meer waarnemingen van Cygnus X-1 te doen. Andere instrumenten, zoals de geplande Square Kilometre Array in Australië en Zuid-Afrika, zouden dit en andere nabijgelegen zwarte gaten beter kunnen zien. Er kunnen ergens tussen de 10 miljoen en a . zijn miljard zwarte gaten in de Melkweg, en het bestuderen van er nog een paar zou dit mysterie kunnen helpen ophelderen.