Ett team av internationella experter kända för att avslöja flera upptäckter av svarta hål, har hittat ett svart hål av stjärnmassa i det stora magellanska molnet, en granngalax till vår egen. "För första gången samlades vårt team för att rapportera om en upptäckt av ett svart hål, istället för att förkasta ett," säger studieledaren Tomer Shenar. Dessutom fann de att stjärnan som gav upphov till svarta hålet försvann utan några tecken på en kraftig explosion. Upptäckten gjordes tack vare sex års observationer som gjorts med European Southern Observatorys (ESO:s) Very Large Telescope (VLT).
"Vi identifierade en 'nål i en höstack'," säger Shenar som startade studien vid KU Leuven i Belgien och nu är Marie-Curie Fellow vid Amsterdam University, Nederländerna. Även om andra liknande svarta hålskandidater har föreslagits, hävdar teamet att detta är det första "vilande" svarta hålet med stjärnmassa som otvetydigt har upptäckts utanför vår galax.
Stjärnmassa svarta hål bildas när massiva stjärnor når slutet av sitt liv och kollapsar under sina egna tyngdkraften. I ett binärt system, ett system av två stjärnor som kretsar runt varandra, lämnar denna process ett svart hål i omloppsbana med en lysande medföljande stjärna. Det svarta hålet är "vilande" om det inte avger höga nivåer av röntgenstrålning, vilket är hur sådana svarta hål vanligtvis upptäcks.
"Det är otroligt att vi knappt känner till några vilande svarta hål, med tanke på hur vanliga astronomer tror att de är." förklarar medförfattaren Pablo Marchant vid KU Leuven. Det nyfunna svarta hålet är minst nio gånger vår sols massa och kretsar kring en het, blå stjärna som väger 25 gånger solens massa.
Vilande svarta hål är särskilt svåra att upptäcka eftersom de inte interagerar mycket med sin omgivning. ”I mer än två år nu har vi letat efter sådana svarta hål-binära system, " säger medförfattaren Julia Bodensteiner, forskare vid ESO i Tyskland. "Jag blev väldigt exalterad när jag hörde talas om VFTS 243, som enligt min mening är den mest övertygande kandidaten som rapporterats hittills."
För att hitta VFTS 243 sökte samarbetet igenom nästan 1000 massiva stjärnor i Tarantula Nebula-regionen i Stort magellanskt moln, letar efter de som kan ha svarta hål som följeslagare. Att identifiera dessa följeslagare som svarta hål är extremt svårt, eftersom det finns så många alternativa möjligheter.
Kredit: ESO
"Som en forskare som har avslöjat potentiella svarta hål de senaste åren, var jag extremt skeptisk till denna upptäckt," säger Shenar. Skepsisen delades av medförfattaren Kareem El-Badry från Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i USA, som Shenar kallar ”black hole destroyer”. ”När Tomer bad mig att dubbelkolla hans fynd hade jag mina tvivel. Men jag kunde inte hitta en rimlig förklaring till data som inte involverade ett svart hål.” förklarar El-Badry.
Upptäckten ger också teamet en unik inblick i de processer som följer med bildandet av svarta hål. Astronomer tror att ett svart hål med stjärnmassa bildas som kärnan i ett massiv döende stjärna kollapsar, men det är fortfarande osäkert om detta åtföljs av en kraftig supernovaexplosion.
"Stjärnan som bildade det svarta hålet i VFTS 243 verkar ha kollapsat helt, utan några tecken på en tidigare explosion." förklarar Shenar. "Bevis för detta scenario med "direkt kollaps" har dykt upp nyligen, men vår studie ger utan tvekan en av de mest direkta indikationerna. Detta har enorma konsekvenser för ursprunget till fusioner med svarta hål i kosmos."
Det svarta hålet i VFTS 243 hittades med sex års observationer av Tarantula-nebulosan av instrumentet Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) på ESO:s VLT.
Trots smeknamnet "svarta hålspolisen" uppmuntrar teamet aktivt granskning och hoppas att deras arbete, publicerat idag i Nature Astronomy, kommer att möjliggöra upptäckten av andra stjärnmassor svarta hål som kretsar kring massiva stjärnor, varav tusentals förutspås existera i Vintergatan och i Magellanska molnen.
"Självklart förväntar jag mig att andra inom området ska gå igenom vår analys noggrant och försöka tillaga alternativa modeller," avslutar El-Badry. "Det är ett väldigt spännande projekt att vara med i."
Tidskriftsreferens
- Tomer Shenar, Hugues Sana, Laurent Mahy, Kareem El-Badry, Pablo Marchant, Norbert Langer, Calum Hawcroft, Matthias Fabry, Koushik Sen, Leonardo A. Almeida, Michael Abdul-Masih11, Julia Bodensteiner, Paul Crowther, Mark Gieles, Mariusz Gromadzki , Vincent Henault-Brunet, Artemio Herrero, Alex de Koter, Patryk Iwanek, Szymon Kozłowski, Danny J. Lennon, Jesús Maíz Apellániz, Przemysław Mroz, Anthony FJ Moffat, Annachiara Picco, Paweł Pietrukowicz, Radosław Fabian Rybzyzt, Schneider Rybzyzt, RN , Dorota M. Skowron, Jan Skowron, Igor Soszynski, Michał K. Szymanski, Silvia Toonen, Andrzej Udalski, Krzysztof Ulaczyk, Jorick S. Vink, Marcin Wrona. Ett tyst röntgenhål född med en försumbar spark i en massiv binär av det stora magellanska molnet Forskningspapper
