Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani
Je hebt zwarte gaten in alle klassen van massa, van de lichtste stellaire zwarte gaten tot de allerzwaarste superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Maar naast de enkele zwarte gaten heb je ook paren of duo’s van zwarte gaten, die om elkaar heen cirkelen en die uiteindelijk met elkaar kunnen botsen en samensmelten. Ook die duo’s heb je in verschillende klassen van massa, van botsende stellaire zwarte gaten hebben we zelfs al tientallen keren signalen ontvangen in de vorm van zwaartekrachtgolven. En nu hebben sterrenkundigen een fenomenaal zwaar duo zwarte gaten ontdekt, om elkaar heen draaiend op korte afstand. In de gegevens van de Gemini Noord telescoop ontdekte men dat er in het elliptische sterrenstelsel B2 0402+379 (alias 4C+37.11) een duo van zwarte gaten om elkaar draait dat bij elkaar 28 miljard (!) keer zo zwaar als de zon is en waarbij de twee zwarte gaten slechts 24 lichtjaar van elkaar vandaan staan. Dat maakt dit duo tot het meest zware paar van zwarte gaten dat nu bekend is. Met de telescoop was men in staat het licht van beide zwarte gaten (het licht van hun omringende accretieschijf feitelijk) afzonderlijk te zien. Eens per 30.000 jaar draaien ze om elkaar heen.
De gegevens laten verder zien dat het duo al drie miljard jaar al drie miljard jaar op die afstand van elkaar staat en dat is best vreemd. Je zou denken dat ze steeds dichter bij elkaar moeten komen en dan uiteindelijk zullen samensmelten. Maar kennelijk verkeren ze in een soort van stabiele toestand. Om die toestand beter te kunnen begrijpen heeft men onderzoek gedaan met de Gemini North’s Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) om te kunnen bepalen hoe snel sterren bewegen in de buurt van de twee zwarte gaten. De sneller gaan sneller bewegen naarmate ze dichterbij de zwarte gaten staan en dat leverde die massa van 28 miljard zonsmassa op. B2 0402+379 blijkt een ‘fossiel cluster’ te zijn, dat wil zeggen dat door gravitationele interacties alle sterren en gas van een compleet cluster van sterrenstelsels in één reusachtig groot sterrenstelsel zijn beland. De twee superzware zwarte gaten in de kern van B2 0402+379 zijn dan ook afkomstig van twee sterrenstelsels uit die cluster die bijeengekomen zijn.
The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11
By Tirth Surti et al @KIPAC1 https://t.co/0uDsODVETg pic.twitter.com/lyfJEkrk2m— Lucas Samuel (@LucasSa54749430) February 29, 2024
Er is echter een probleem met botsende zwarte gaten, in het bijzonder met superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels: in theorie zouden ze niet met elkaar kúnnen botsen en wel vanwege het ‘final parsec problem’, zoals het wordt genoemd. Dat komt in het kort hier op neer: als superzware zwarte gaten in twee sterrenstelsels die aan het botsen zijn naar elkaar toe komen dan naderen ze elkaar tót een afstand van ongeveer 1 parsec (da’s 3,2 lichtjaar) en dan vertragen ze en blijven ze vreemd genoeg van elkaar vandaan, zo volgt uit berekeningen. Dynamische wrijving schijnt dat te veroorzaken,waarbij ze impuls verliezen. Dat komt omdat ze deel uitmaken van een dichtbevolkt systeem van sterren rondom hen, waar ze dat impuls aan verliezen. Veel sterren worden door de interactie met de zwarte gaten uit het sterrenstelsel gekatapulteerd. Zolang er nog gas en sterren in hun buurt zijn verliezen de zwarte gaten energie en komen ze dichter bij elkaar. Maar als alle gas en sterren verdwenen zijn hoiudt de nadering op. En dat is kennelijk bij de twee zwarte gaten in de kern van B2 0402+379 het geval. Er zijn veel meer sterren nodig om ze doichter bij elkaar te brengen en die zijn er gewoon niet. De botsing met een derde sterrenstelsel en daarmee de komst van een derde superzwaar zwart gat zou uitkomst kunnen brengen en de twee toch nader tot elkaar kunnen brengen, maar aangezien het een fossiel cluster is lijkt dat uitgesloten.
Meer informatie vind je in het vakartikel van Tirth Surti et al, The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11, The Astrophysical Journal (2024).
Bron: Phys.org.
