Persbericht

Zwaarste stellaire zwarte gat in ons Melkwegstelsel ontdekt

16 april 2024

Astronomen hebben het zwaarste stellaire zwarte gat ontdekt dat tot nu toe in het Melkwegstelsel is aangetroffen. Het zwarte gat werd opgemerkt in gegevens van de Gaia-ruimtetelescoop van het Europese ruimteagentschap ESA, omdat het een vreemde 'wiebelbeweging' teweegbrengt bij de ster die om hem heen draait. Gegevens van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) zijn gebruikt om de massa van het zwarte gat te bevestigen: het blijkt maar liefst 33 keer zo zwaar te zijn als de zon.

Stellaire zwarte gaten ontstaan door het ineenstorten van zware sterren. De exemplaren die eerder in het Melkwegstelsel zijn aangetroffen zijn gemiddeld ongeveer tien keer zo zwaar als de zon. Zelfs het op één na zwaarste stellaire zwarte gat dat in de Melkweg is ontdekt, Cygnus X-1, blijft steken op slechts 21 zonsmassa's, waarmee de nieuwe ontdekking dus uitzonderlijk mag worden genoemd [1].

Opmerkelijk is ook dat het nu ontdekte zwarte gat heel dichtbij is. Het bevindt zich op slechts 2000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Arend en is daarmee het op één na meest nabije zwarte gat dat we kennen. Het object, dat Gaia BH3 of kortweg BH3 wordt genoemd, werd ontdekt terwijl het team bezig was om Gaia-waarnemingen te evalueren voor een komende data-release. 'Dat er in onze omgeving een zwart gat van deze massa onopgemerkt heeft kunnen blijven, kwam voor iedereen als een verrassing', zegt Pasquale Panuzzo, lid van de Gaia-samenwerking en astronoom aan de Sterrenwacht van Parijs, die deel uitmaakt van het Franse Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS). 'Dit is het soort ontdekking dat je maar één keer in je actieve loopbaan doet.'

Om hun ontdekking te bevestigen, gebruikte de Gaia-samenwerking gegevens van sterrenwachten op de vaste grond, onder meer van de Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) van ESO's VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat opgesteld [2]. Deze waarnemingen brachten cruciale eigenschappen van de begeleidende ster aan het licht die, samen met de Gaia-gegevens, astronomen in staat stelden om de massa van BH3 nauwkeurig te meten.

Astronomen hebben (met behulp van een andere detectiemethode) buiten ons Melkwegstelsel zwarte gaten van vergelijkbare massa's ontdekt, en denken dat deze kunnen ontstaan door het ineenstorten van sterren die weinig elementen zwaarder dan waterstof en helium bevatten. Van deze zogeheten metaalarme sterren wordt vermoed dat ze tijdens hun bestaan minder massa verliezen, en daardoor meer materiaal overhouden om na hun dood zwarte gaten van hoge massa te kunnen produceren. Maar tot nu toe was er geen bewijs dat een rechtstreeks verband legt tussen metaalarme sterren en zware zwarte gaten.

Sterparen hebben vaak ongeveer dezelfde samenstelling, wat betekent dat de begeleider van BH3 belangrijke aanwijzingen bevat over de ster die ineenstortte tot dit bijzondere zwarte gat. De UVES-gegevens laten zien dat de begeleider een zeer metaalarme ster moet zijn geweest en dat de ster waaruit BH3 is voortgekomen eveneens metaalarm was – precies zoals voorspeld.

De resultaten van het onderzoek onder leiding van Panuzzo zijn vandaag in Astronomy & Astrophysics gepubliceerd. 'Vanwege het unieke karakter van de ontdekking, hebben we de uitzonderlijke stap genomen om dit artikel op basis van voorlopige gegevens te publiceren, voordat de volgende data-release van Gaia gereed is,' zegt medeauteur Elisabetta Caffau, die eveneens lid is van de Gaia-samenwerking en verbonden is aan de Sterrenwacht van Parijs. Door de gegevens eerder beschikbaar te stellen, kunnen andere astronomen nu al beginnen met het bestuderen van dit zwarte gat, zonder op de definitieve publicatie van data-release, die op zijn vroegst voor eind 2025 gepland staat, te hoeven wachten.

Verdere waarnemingen van dit stersysteem kunnen meer onthullen over zijn geschiedenis en over het zwarte gat zelf. Het GRAVITY-instrument van ESO's VLT Interferometer zou astronomen bijvoorbeeld kunnen helpen om te onderzoeken of dit zwarte gat materie uit zijn omgeving aantrekt, en dit fascinerende object zo beter te leren begrijpen.

Noten

[1] Dit is niet het allerzwaarste zwarte gat in ons Melkwegstelsel – die eer komt toe aan Sagittarius A*, het superzware zwarte gat in het Melkwegcentrum, dat bijna vier miljoen keer zoveel massa heeft als de zon. Wel is Gaia BH3 voor zover bekend het het zwaarste zwarte gat in het Melkwegstelsel dat door de ineenstorting van een ster is ontstaan.

[2] Bij het onderzoek is, behalve van UVES van ESO's VLT, gebruikgemaakt van gegevens van: de HERMES-spectrograaf van de Mercator Telescoop op La Palma (Spanje) van de Universiteit van Leuven, België, in samenwerking met de sterrenwacht van de Universiteit van Genève, Zwitserland; en de SOPHIE-spectrograaf van het Observatoire de Haute-Provence – OSU Institut Pythéas.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel 'Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry', dat in Astronomy & Astrophysics verschijnt (https://aanda.org/10.1051/0004-6361/202449763).

Het artikel van P. Panuzzo et al. is geschreven door de Gaia-samenwerking, waarbij meer dan driehonderd auteurs uit de hele wereld betrokken zijn, waaronder België, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, Zweden, Zwitserland, het Verenigd Koninkrijk, Chili en Australië.

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO's Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals surveytelescopen zoals VISTA. Ook zal ESO op Paranal de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren 's werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij 'het grootste oog ter wereld' – ESO's Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.