24 oktober 2021

Astronomen maken compositietekening van rondzwervende zwarte gaten

Credit: SRON/RU

Als twee sterrenstelsels botsen, smelten hun centrale zwarte gaten samen waarbij ze zwaartekrachtgolven uitzenden. Volgens de theorie zorgt een terugslageffect er soms voor dat het versmolten zwarte gat uit het sterrenstelsel wordt gestoten en de sterren in zijn buurt meesleurt. Onderzoekers van SRON en de Radboud Universiteit hebben nu een voorspelling gemaakt van hoe deze clusters eruit zullen zien in een database, zodat we ze kunnen identificeren en hun bestaan kunnen bewijzen.

Astronomen denken dat alle zware sterrenstelsels een zwart gat in hun centrum herbergen met een gewicht van miljoenen tot miljarden zonsmassa’s. Dwergstelsels hebben mogelijk een kleiner zwart gat in hun kern. Het bekendste centrale zwarte gat is dat van M87, dat in 2019 wereldfaam verwierf door het eerste gefotografeerde zwarte gat ooit te worden. Als twee sterrenstelsels fuseren, mixen hun sterren veelal door elkaar zonder te botsen, maar de twee centrale zwarte gaten smelten samen. Dat produceert zwaartekrachtgolven die extreme hoeveelheden energie afgeven, vergelijkbaar met een atoombom met de massa van meerdere zonnen. Je kunt je voorstellen dat als deze energie zelfs maar een klein beetje asymmetrisch wordt uitgestraald, er een terugslag in de andere richting zal zijn, vergelijkbaar met een astronaut die een pistool in de ruimte afvuurt. Als de terugslag sterk genoeg is, wordt het resulterende versmolten zwarte gat uit zijn eigen sterrenstelsel gestoten. Alle sterren die eraan zijn verbonden via de zwaartekracht worden meegesleurd. Zo ontstaan hypercompacte stellaire clusters (HCSCs). Althans volgens de theorie; ze zijn nooit in het echt gezien.

Een groep astronomen van SRON Netherlands Institute for Space Research en de Radboud Universiteit bedacht dat HCSCs mogelijk al verscholen zitten in bestaande databases, waaronder die van de Gaia-ruimtetelescoop en de Sloan Digital Sky Survey. Maar ze kwamen er al snel achter dat niemand voorspellingen had gedaan met voldoende detail over hoe ze eruit zouden zien in de database. Dus als eerste stap in hun zoektocht hebben ze nu hun eigen voorspellingen gedaan en gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Het team—waaronder eerste auteur Davide Lena en groepsleider Peter Jonker—voorspelt onder meer de kleuren en spectra van HCSCs, specifiek op maat gemaakt voor elke database. Ze berekenden ook hoe een cluster eruit zou zien op een tweedimensionale telescoopafbeelding.

Simulatie van een hypercompact stellair cluster zoals hij te zien zal zijn via het NISP-instrument aan boord van de toekomstige Euclid-telescoop. De kleurenbalk geeft het aantal fotonen aan per pixel. Credit: SRON/RU.

Als de onderzoekers erin slagen om de eerste echte HCSC te identificeren, kunnen ze de snelheid afleiden die hij kreeg van de terugslag na de fusie van de twee sterrenstelsels waar hij uit is ontstaan. Lena: ‘Dat is al berekend vanuit simulaties aan zwaartekrachtgolven, maar die zijn gebaseerd op theorieën die we nog moeten testen via waarnemingen.’

Alle versmolten zwarte gaten aan de rand van de Melkweg zullen het resultaat zijn van fusies tussen een dwergstelsel en een jonge versie van de Melkweg die toen net helemaal opnieuw was begonnen met het bouwen van een groot centraal zwart gat. Dus die hebben op zijn hoogst een middelzware massa; tussen honderden en honderdduizenden zonsmassa’s. ‘Er is discussie over het bestaan van middelzware zwarte gaten,’ zegt Lena. ‘Als we inderdaad HCSCs vinden, bewijzen we tegelijkertijd het bestaan van middelzware zwarte gaten. We kunnen dat dan bevestigen door de massa van de zwarte gaten te meten via het spectrum van de HCSC.’

Jonker: ‘We denken dat samensmeltingen een belangrijke rol spelen in de vorming van zware zwarte gaten. De LISA-satelliet, die ESA in 2034 lanceert, moet de zwaartekrachtgolven kunnen detecteren die zulke fusies produceren. Onder meer SRON en Radboud staan klaar om daaraan mee te bouwen.’

Publicatie
D. Lena, P. G. Jonker, J. P. Rauer, S. Hernandez and Z. Kostrzewa-Rutkowska, ‘Hypercompact stellar clusters: morphological renditions and spectrophotometric models‘, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bron: SRON.

Comments

  1. Vroeger werd het heelal bestudeerd m.b.v. film negatieven, daarop stonden alle rondzwervende zwarte gaten dus al in het wit afgebeeld :-).

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.