23 januari 2022

‘Bias’ telescopen blijkt oorzaak ontbrekende zware zwarte gaten

Onze telescopen hebben nog nooit een zwart gat waargenomen zwaarder dan twintig zonsmassa’s. Toch weten we dat ze bestaan, getuige de tientallen detecties van zwaartekrachtsgolfdetectoren. Een team van astronomen onder leiding van Peter Jonker (SRON/Radboud) heeft nu ontdekt dat telescopen een bias hebben ten nadele van zware zwarte gaten, waarmee ze de tegenstrijdigheid verklaren. Publicatie in The Astrophysical Journal.

Via elektromagnetische (EM) straling hebben we alleen zwarte gaten lichter dan twintig zonsmassa’s ontdekt (paars). Dit zijn altijd zwarte gaten met een ster als begeleider, omdat een zwart gat begeleid door een ander zwart gat niet zichtbaar is. Via zwaartekrachtsgolven (LIGO-Virgo) hebben we sinds 2015 al tientallen zware zwarte gaten ontdekt (blauw). Deze discrepantie blijkt nu te liggen aan een bias van EM-telescopen ten nadele van zware zwarte gaten. Overigens heeft LIGO-Virgo een bias de andere kant op, omdat zwaardere zwarte gaten sterkere golven produceren. Toch ziet LIGO-Virgo niet exclusief zware zwarte gaten. De toekomstige JWST-telescoop zou ook gevoelig genoeg moeten zijn om af en toe de EM-bias te doorbreken, zodat EM-telescopen niet meer exclusief lichte zwarte gaten waarnemen. Credit: LIGO-Virgo/Frank Elavsky/Aaron Geller/Northwestern

In 2015 registreerde de zwaartekrachtsgolvendetector LIGO voor het eerst een zwaartekrachtsgolf, afkomstig van twee zwarte gaten die met hun gewicht van tientallen zonsmassa’s op elkaar knalden en het heelal deden schudden op haar grondvesten. Zo ook de sterrenkunde, want weinig astronomen hadden verwacht dat zulke zware stellaire zwarte gaten überhaupt bestaan. We hadden ze namelijk nog nooit waargenomen met onze conventionele telescopen, terwijl er al wel zo’n twintig stellaire zwarte gaten geteld waren met bekende massa. Ondertussen zijn er rond de vijftig zwaartekrachtsgolven waargenomen—ook door de Europese Virgo-detector—in de meeste gevallen opnieuw afkomstig van zware stellaire zwarte gaten. Met telescopen staat daarvoor de teller nog steeds op nul.

Deze discrepantie is deels te verklaren doordat we via zwaartekrachtsgolven een groter volume van het heelal kunnen afspeuren. LIGO-Virgo kan de zwaardere zwarte gaten makkelijker zien omdat ze sterkere golven produceren, waardoor zijn vele ontdekkingen niet persé uitsluiten dat het toch om zeldzame objecten gaat. Maar dan nog zou je tenminste een paar zware zwarte gaten verwachten binnen het bereik van onze telescopen. Telescopen kunnen zwarte gaten zien als ze worden begeleid door een ster. Wanneer het zwarte gat hapjes materiaal van de ster afsnoept zendt hij namelijk elektromagnetische straling uit. De baan van de ster verraadt vervolgens de massa.

Een team van astronomen onder leiding van Peter Jonker (SRON/Radboud) heeft nu uitgevonden dat telescopen een bias hebben ten nadele van zware zwarte gaten. Zware zwarte gaten blijken dus wel degelijk zichtbaar, via een begeleidende ster, alleen de omstandigheden zijn er niet naar om ze met onze huidige telescopen te zien. De onderzoekers hebben een theorie ontwikkeld die aansluit op de telescoopwaarnemingen van nul zware zwarte gaten. De zware exemplaren ontstaan uit sterren die imploderen in plaats van exploderen. Ze blijven daardoor in het vlak van de Melkweg zitten, gehuld in stof. Lichtere zwarte gaten ontstaan wel uit een supernova-explosie en krijgen daarbij een recoil kick die ze uit het vlak slingert, weg van het stof dat onze telescopen het zicht ontneemt.
Bovenop die bias, zo redeneren Jonker en collega’s, zijn de voorlopers van zware zwarte gaten zo groot dat een begeleidende ster per definitie ver weg staat, wat het afsnoepen van materie bemoeilijkt. Dat maakt het lastiger voor telescopen om ze te vinden.

Met de aanstaande lancering van de James Webb ruimtetelescoop (JWST) op 18 december kunnen de onderzoekers hun theorie al snel testen. De JWST zal namelijk wel in staat zijn om zware zwarte gaten te bestuderen omdat hij via infrarood licht dwars door het stof in de melkwegschijf kijkt. Bovendien zweeft de JWST in de ruimte, zodat hij geen last heeft van infraroodstraling die door de atmosfeer wordt uitgezonden.

Publicatie
Peter G. Jonker, Karamveer Kaur, Nicholas Stone, and Manuel A. P. Torres, ‘The observed mass distribution of Galactic black hole LMXBs is biased against massive black holes’, The Astrophysical Journal.

Bron: SRON.

Speak Your Mind

*

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