Lehdistötiedote

'Mustien aukkojen poliisi' on havainnut galaksimme ulkopuolelta lepotilassa olevan mustan aukon

18. heinäkuuta 2022, Turku

Kansainvälinen asiantuntijoiden ryhmä, joka on useasti kritisoinut raportoituja mustien aukkojen löytöjä, on nyt löytänyt tähtien massaisen mustan aukon naapurigalaksi Suuresta Magellanin pilvestä. ”Ensimmäistä kertaa tiimimme raportoi mustan aukon löydöstä sen sijaan, että hylkäisi sellaisen”, tutkimuksen johtaja Tomer Shenar sanoi. Lisäksi he havaitsivat, että mustan aukon synnyttänyt tähti katosi ilman merkkejä voimakkaasta räjähdyksestä. Löytö tehtiin Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopilla (ESO:n Very Large Telescope) kuuden vuoden aikana tehtyjen havaintojen avulla.

"Tunnistimme 'neulan heinäsuovassa'”, sanoi Shenar, joka aloitti tutkimuksen KU Leuvenissa Belgiassa [1] ja on nyt Marie-Curie -tutkijana Amsterdamin yliopistossa Alankomaissa. Vaikka muita vastaavia musta aukko kandidaatteja onkin ehdotettu, tutkimusryhmä sanoo, että tämä on ensimmäinen ”lepotilassa oleva” tähtien massainen musta aukko, joka on yksiselitteisesti havaittu galaksimme ulkopuolelta.

Tähtien massaisia mustia aukkoja muodostuu, kun massiiviset tähdet saavuttavat elämänsä lopun ja romahtavat oman painovoimansa alla. Kaksoistähdissä, eli kahden tähden järjestelmissä, jotka pyörivät toistensa ympärillä, prosessin seurauksena jäljelle jää musta aukko, jota seuralaistähti kiertää. Musta aukko on ”lepotilassa”, jos se ei juurikaan emittoi röntgensäteilyä, miten tällaiset mustat aukot tyypillisesti havaitaan. ”On uskomatonta, että tuskin tunnemme yhtään lepotilassa olevaa mustaa aukkoa, kun otetaan huomioon, kuinka yleisiä tähtitieteilijät uskovat niiden olevan”, yksi artikkelin kirjoittajista Pablo Marchant KU Leuvenista, sanoi. Juuri löydetty musta aukko on vähintään yhdeksän kertaa Auringon massainen, ja kiertää kuumaa, sinistä tähteä, joka painaa 25 kertaa Auringon massan verran.

Lepotilassa olevia mustia aukkoja on erityisen vaikeita havaita, koska ne eivät ole juurikaan ympäristönsä kanssa vuorovaikutuksessa. ”Olemme etsineet yli kahden vuoden ajan tällaisia kaksoismusta-aukkojärjestelmiä”, yksi artikkelin kirjoittajista Julia Bodensteiner, Saksan ESO tutkija, sanoi. ”Olin erittäin innoissani, kun kuulin VFTS 243:sta, joka on mielestäni vakuuttavin tähän mennessä ilmoitetuista ehdokkaista”. [2]

VFTS 243:n löytämiseksi tutkimusryhmä tarkasteli lähes 1000:ta massiivista tähteä Suuren Magellanin pilven Tarantula-sumun alueelta. He etsivät tähtiä, joilla voisi olla mustia aukkoja kumppaneinaan. Näiden kumppaneiden tunnistaminen mustiksi aukkoiksi on erittäin vaikeaa, koska on olemassa niin monia eri vaihtoehtoja.

”Tutkijana, joka on viime vuosina ollut kriittinen useita musta aukko löytöjä kohtaan, olin erittäin skeptinen tämän löydön suhteen”, Shenar sanoi. Myös toinen tutkija epäili löytöä. Hän oli Kareem El-Badry Harvard & Smithsonian astrofysiikan keskuksesta Yhdysvalloista ja yksi tutkimuksen tekijöistä, ja jota Shenar kutsuu ”mustan aukon hävittäjäksi”. ”Kun Tomer pyysi minua tarkistamaan havaintonsa uudelleen, minulla oli sen suhteen epäilyksiä. Mutta en löytänyt uskottavaa selitystä, joihin musta aukko ei olisi liittynyt”, El-Badry selitti.

Löytö antaa tutkimusryhmälle myös ainutlaatuisen näkymän mustien aukkojen muodostumiseen liittyviin prosesseihin. Tähtitieteilijät uskovat, että tähtien massainen musta aukko muodostuu kuolevan massiivisen tähden ytimen romahtaessa, mutta on edelleen epävarmaa, liittyykö tähän voimakas supernovaräjähdys vai ei.

”Tähti, joka on muodostanut VFTS 243:n mustan aukon, näyttää romahtaneen kokonaan, eikä siinä ole merkkejä aiemmasta räjähdyksestä”, Shenar kertoi. ”Todisteita tästä 'suoran romahduksen' skenaariosta on tullut viime aikoina esille, mutta tutkimuksemme tarjoaa epäilemättä yhden suorimmista viitteistä tähän suuntaan. Tällä on valtavia vaikutuksia mustien aukkojen yhdistymisten alkuperään maailmankaikkeudessa”.

VFTS 243:n musta aukko löydettiin havaitsemalla Tarantula-sumua kuuden vuoden aikana ESO:n VLT:n Fibre Large Array Multi Element Spectrograph, eli FLAMES-instrumentilla [3].

Lempinimestään ”mustan aukon poliisi” huolimatta tutkimusryhmä haluaa rohkaista muita kriittiseen tarkasteluun. He toivovat, että heidän tänään Nature Astronomy -lehdessä julkaistu työnsä edesauttaa muiden massiivisia tähtiä kiertävien tähtien massaisten mustien aukkojen löytämisessä, joita ennustetaan olevan Linnunradassa ja Magellanin pilvissä tuhansia.

”Tietenkin odotan, että muut tutkijat tarkastelisivat analyysimme huolellisesti läpi ja yrittävät kehittää vaihtoehtoisia malleja”, El-Badry totesi. ”Tämä on erittäin jännittävä projekti olla mukana.”

Lisähuomiot

[1] Työ tehtiin Hugues Sanan johtamassa tutkimusryhmässä  KU Leuvenin tähtitieteen instituutissa. 

[2] Erillisessä Laurent Mahyn johtamassa tutkimuksessa, johon osallistui monia samoja tiimin jäseniä, ja joka on hyväksytty julkaistavaksi Astronomy & Astrophysics -lehdessä, ilmoitettiin toisesta lupaavasta tähtien massaisesta musta aukko kandidaatista omassa Linnunrata galaksissamme HD 130298 -järjestelmässä.

[3] Tutkimuksessa tehdyt havainnot on tehty noin kuuden vuoden aikana. Ne koostuvat VLT FLAMES Tarantula Survey -tutkimuksesta (jota johtaa Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; nyt Euroopan avaruusjärjestössä) vuosina 2008 ja 2009 tehdyistä havainnoista, sekä Tarantula Massive Binary Monitoring -ohjelmassa (johtajana Hugues Sana, KU Leuven) vuosina 2012-2014 tehdyistä lisähavainnoista.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud”, joka julkaistaan Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-022-01730-y) -lehdessä.

Näihin tuloksiin johtanut tutkimus on saanut rahoitusta Euroopan tutkimusneuvostolta (ERC) Euroopan unionin Horisontti 2020 -tutkimus- ja innovaatio-ohjelmasta (avustussopimuksen numerot 772225: MULTIPLES) (PI: Sana).

Tutkimusryhmään ovat kuuluneet seuraavat tahot: T. Shenar (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgia [KU Leuven]; Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Alankomaat [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgia), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, Yhdysvallat; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Saksa [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Saksa, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Saksa [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Saksa,  MPIfR), L. A. Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasilia; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brazil), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Saksa), P. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, Yhdistynyt kuningaskunta), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Espanja; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Espanja), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Puola [Warsaw]), V. Henault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Kanada), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanja [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanja [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Warsaw), S. Kozłowski (Warsaw), D. J. Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanja), P. Mróz (Warsaw), A. F. J. Moffat (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Kanada), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Warsaw), R. Poleski (Warsaw), K. Rybicki (Warsaw and Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), F. R. N. Schneider (Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg, Saksa [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Saksa), D. M. Skowron (Warsaw), J. Skowron (Warsaw), I. Soszyński (Warsaw), M. K. Szymański (Warsaw), S. Toonen (API), A. Udalski (Warsaw), K. Ulaczyk (Department of Physics, University of Warwick, Yhdistynyt kuningaskunta), J. S. Vink (Armagh Observatory & Planetarium, Yjdistynyt kuningaskunta), and M. Wrona (Warsaw).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Tomer Shenar
KU Leuven and University of Amsterdam
Leuven and Amsterdam, Belgium and The Netherlands
Sähköposti: t.shenar@uva.nl

Julia Bodensteiner
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Puh.: +49-89-3200-6409
Sähköposti: julia.bodensteiner@eso.org

Kareem El-Badry
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, USA
Sähköposti: kareem.el-badry@cfa.harvard.edu

Pablo Marchant
KU Leuven
Leuven, Belgium
Puh.: +32 16 33 05 47
Sähköposti: pablo.marchant@kuleuven.be

Hugues Sana
KU Leuven
Leuven, Belgium
Puh.: +32 479 50 46 73
Sähköposti: hugues.sana@kuleuven.be

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media