Sterren duiden op een ongewoon zwart gat in onze Melkweg.

Door twee en een half decennia aan beelden uit de archieven van de Hubble Ruimtetelescoop te combineren, hebben astrofysici mogelijk bewijs ontdekt van een nabijgelegen zwart gat dat minstens 8.200 keer massiever zou kunnen zijn dan de zon.

Als verdere studies de resultaten kunnen bevestigen, zal het object het op een na grootste zwarte gat zijn dat in onze Melkweg is gevonden. Het zou ook de sterkste kanshebber kunnen zijn voor een tussenliggend zwart gat - een object in het raadselachtige 'niemandsland' tussen de 'superzware' zwarte gaten waarvan men denkt dat ze in het centrum van de meeste sterrenstelsels liggen en veel kleinere sterrenstelsels die ongeveer evenveel wegen als een enkele grote ster.

Snel bewegende sterren

Astrofysicus Maximilian Häberle van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland, en zijn medewerkers onderzochten meer dan 500 afbeeldingen van ω Centauri, een dichte sterrenhoop met 10 miljoen sterren op ongeveer 18.000 lichtjaar (5,43 kiloparsec) van het zonnestelsel. De beelden zijn voornamelijk gemaakt om de instrumenten van de Hubble-telescoop door de jaren heen te kalibreren.

Het team heeft de beelden samengevoegd om de beweging van meer dan 150.000 sterren in de cluster te reconstrueren. De meeste sterren bewogen zoals de theoretische modellen voorspellen, zegt Häberle. “Maar er waren er ook die sneller bewogen.” Zeven sterren, allemaal nabij het centrum van ω Centauri, bewogen te snel om alleen door de zwaartekracht van de cluster te kunnen worden vastgehouden.

Dit suggereert dat de sterren werden versneld door de zwaartekracht van een massief object, zoals een zwart gat. Gezien de snelheden van de sterren zou het minstens 8.200 zonsmassa's moeten wegen, maar zou het wel 50.000 zonnen kunnen wegen. “We wisten van tevoren niet of we het zouden vinden of niet”, zegt Häberle. “Het was een beetje riskant en we hadden niets kunnen vinden.”

“Het is een moeilijk experiment,” en het bewijs voor het bestaan ​​van een zwart gat is “nog steeds verre van overtuigend”, zegt Gerry Gilmore, astrofysicus aan de Universiteit van Cambridge, VK. In het bijzonder laten de gegevens nog geen tekenen zien van de trajecten die om elkaar heen draaien zoals verwacht van een massief object, zoals het geval zou zijn voor sterren die rond een massief object draaien. In het geval van Boogschutter A*, het zwarte gat met een massa van 4,3 miljoen zonsmassa in het centrum van de Melkweg, Jarenlange observatie onweerlegbaar bewijs gevonden voor dergelijke gebogen paden – één voor de twee toonaangevende onderzoekers in 2020 Nobelprijs ontvangen. De Gaia-ruimtetelescoop heeft ook enkele slapende, stervormige zwarte gaten ontdekt door de beweging van een enkele begeleidende ster ².

De meeste zwarte gaten zijn de afgelopen vijftig jaar ontdekt met behulp van straling zoals röntgenstraling of radiogolven ³geproduceerd door oververhit gas dat in het gat spiraalt. De eerste aanwijzing voor het bestaan ​​van Boogschutter A* was feitelijk een radiokoudebron, hoewel niet erg helder. Maar dergelijke emissies werden niet gevonden in ω Centauri.

Raadselachtige middengewichten

De massa van het kandidaat-object in ω Centauri zou het duidelijk in het bereik van tussenliggende zwarte gaten plaatsen, doorgaans tussen de 100 en 100.000 zonsmassa's. Tot nu toe is het enige solide bewijs voor zwarte gaten in dit gebied afkomstig van de detectie van zwaartekrachtsgolven die worden geproduceerd door twee samensmeltende zwarte gaten. Eén zo'n gebeurtenis werd waargenomen in 2019, zou een object hebben gecreëerd met een massa van ongeveer 150 zonsmassa.

De zoektocht naar middelgrote zwarte gaten kent een lange geschiedenis van beweringen die later worden ontkracht. Astrofysici hebben lang vermoed dat sommige bronnen van ‘ultralumineuze’ röntgenstraling zwarte gaten van deze omvang zouden kunnen zijn. Maar de meeste van deze kandidaten blijken nu neutronensterren te zijn, die ongewoon helder schijnen door het absorberen van oververhit materiaal van een begeleidende ster. ‘Deze worden hoogstwaarschijnlijk geassocieerd met ‘normale’ jonge binaire systemen’, zegt Giuseppina Fabbiano, astrofysicus aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts.

Er blijven grote vragen bestaan, waaronder hoe sommige zwarte gaten superzwaar worden en of ze het resultaat zijn van meerdere samensmeltingen, beginnend bij stellaire zwarte gaten en doorlopend tot middelmatige massa's zoals die van de kandidaat in ω Centauri.

Het team plant nu vervolgstudies met de James Webb Space Telescope, zegt Häberle. Hoewel de Hubble-gegevens alleen laten zien hoe de sterren door het gezichtsveld bewegen, zullen de spectra van de sterren laten zien hoe ze langs de gezichtslijn worden bewogen, waardoor astronomen hun snelheden in volledig 3D kunnen reconstrueren.