Zwarte gaten zoeken in verre sterrenstelsels

Zwarte gaten zijn vreemde beesten in de kosmische dierentuin. Ze zijn er in twee "typen": stellair en supermassief. Het is nu algemeen bekend dat de meeste sterrenstelsels veel zwarte gaten met stellaire massa hebben. Ze worden meestal gemaakt door de dood van sterren in supernova-explosies. Ze worden soms gevonden in binaire systemen, waar een zwart gat en een witte dwerg of een ander type ster een orbitale dans met elkaar doen.

Het concept van een kunstenaar van een zwart gat met een zwarte massa (in blauw) vormde zich waarschijnlijk toen een superzware ster instortte, voedend uit materiaal dat door een nabijgelegen ster werd uitgeworpen. ESA, NASA en Felix Mirabel)

Ontmoet de Behemoths

De grootste zwarte gaten, de supermassieven, zijn weggestopt in de harten van sterrenstelsels en bevatten de massa van miljoenen of miljarden sterren. Ze besteden minstens een deel van hun tijd aan het kauwen op materiaal in hun directe buurten. De meeste van de superzware zwarte gaten die astronomen kennen, zijn weggestopt in sterrenstelsels die zelf in clusters zijn gebundeld. De grootste die tot nu toe is gevonden, heeft de massa van 21 miljard zonnen en houdt het hof in de kern van een sterrenstelsel in de Coma Cluster. Coma is een enorme conglomeratie die 336 miljoen lichtjaar verwijderd is van de Melkweg.

Het hart van de Comacluster van sterrenstelsels; een van de sterrenstelsels bevat het meest massieve zwarte gat dat ooit is gevonden. Dit HST-beeld onthult sterrenstelsels en bolvormige clusters geassocieerd met de kern van het cluster. NASA / ESA / STScI

Dat was niet de enige grote daar. Astronomen vonden ook een zwart gat van 17 miljard zonne-massa in de kern van een melkwegstelsel genaamd NGC 1600, dat zich in een kosmisch binnenwater bevindt waar slechts ongeveer 20 sterrenstelsels bestaan. Aangezien de meeste van de echt grote zwarte gaten in de "grote steden" wonen (dat wil zeggen in dichtbevolkte melkwegclusters), vertelt het vinden van deze in de galactische sticks astronomen dat er iets vreemds is gebeurd om het in zijn huidige melkweg te maken.

Sterrenstelsels en Black Hole-opeenhopingen samenvoegen

Dus, hoe wordt een monster zwart gat opgeborgen in een sterrenstelsel van een kleine stad? Een mogelijke verklaring is dat het op een bepaald punt in het verre verleden is samengevoegd met een ander zwart gat. Vroeg in de geschiedenis van het universum kwamen melkweginteracties veel vaker voor, en bouwden steeds grotere van kleinere.

Galaxy-botsingen dragen bij aan de vorming van superzware zwarte gaten. Deze Hubble-ruimtetelescoopafbeelding toont een botsing die de antenne wordt genoemd. Tijdens de botsing zullen miljarden sterren worden gevormd en alle centrale zwarte gaten in elk van de botsende sterrenstelsels kunnen samengaan om steeds grotere monsters te vormen. NASA / ESA.STScI

Wanneer twee sterrenstelsels samensmelten, vermengen niet alleen hun sterren en gas en stof, maar hun centrale zwarte gaten (als ze die hebben, en de meeste sterrenstelsels) migreren naar de kern van de nieuw gevormde, massievere melkweg. Daar draaien ze om elkaar heen en worden ze een "binair zwart gat" genoemd. Alle sterren of wolken van gas en stof zijn dubbel in gevaar door de zwaartekracht van deze zwarte gaten. Dit materiaal kan echter momentum uit de zwarte gaten stelen (op voorwaarde dat het er niet precies in valt). Wanneer dat gebeurt, ontsnappen de sterren, waardoor de zwarte gaten met minder vaart achterblijven. Ze beginnen dichter bij elkaar te komen en uiteindelijk smelten ze samen om een ​​kolossaal zwart gat te creëren. Het blijft groeien door tijdens de botsing gas naar de kern op te slokken.

Een enorm zwart gat laten groeien

Hoe is het zwarte gat van de NGC 1600 zo enorm geworden? De meest waarschijnlijke verklaring is dat het op een bepaald moment in zijn vroege leven enorm honger had, waardoor het veel gas en ander materiaal opzoog.

Die enorme eetlust kan ook verklaren waarom het sterrenstelsel zich in zo'n klein cluster bevindt, vergeleken met andere superzware zwarte gaten in sterrenstelsels in de harten van veel grotere clusters. NGC 1600 is het grootste, meest massieve sterrenstelsel in zijn groep. Het is ook drie keer helderder dan alle andere nabijgelegen sterrenstelsels. Dat enorme verschil in helderheid is niet iets dat astronomen in andere groepen hebben gezien.

Het grootste deel van het gas van de melkweg werd lang geleden verbruikt toen het zwarte gat brandde als een briljante quasar van materiaal dat erin stroomde dat werd verwarmd tot gloeiend plasma. In de moderne tijd is het centrale zwarte gat van de NGC 1600 relatief stil. Astronomen noemden het zelfs een "slapende reus". Dat verklaart waarom het niet was ontdekt in eerdere studies van de Melkweg. Astronomen stuitten op dit enorme monster toen ze de snelheden van nabijgelegen sterren aan het meten waren. Het intense zwaartekrachtveld van het zwarte gat beïnvloedt de bewegingen en snelheden van sterren. Toen astronomen die snelheden konden meten, konden ze vervolgens de massa van het zwarte gat bepalen.

Hoe vinden astronomen zelfs een zwart gat??

Astronomen gebruikten speciale instrumenten in het Gemini Observatorium in Hawai'i om het licht te bestuderen dat uit de sterren nabij het zwarte gat in NGC 1600 komt. Sommige van die sterren cirkelen rond het zwarte gat, en die beweging verschijnt in de vingerafdruk van de ster spectrum). Andere sterren hadden bewegingen die lijken te suggereren dat ze zich ooit een beetje te dicht bij het zwarte gat hadden gewaagd en werden zwaartekracht weggegooid in een min of meer rechte lijn van de kern van de Melkweg. Dit is logisch sinds Hubble-ruimtetelescoop gegevens toonden ook aan dat de kern erg zwak was. Je zou verwachten dat als het zwarte gat sterren van zichzelf weggooit. Het is mogelijk dat de kern van NGC 1600 voldoende sterren heeft uitgestoten om 40 miljard zonnen te maken. Dat vertelt astronomen dat er een behoorlijk krachtig en enorm zwart gat verborgen is in het hart van dit sterrenstelsel, dat ongeveer 209 miljoen lichtjaar van de aarde ligt.

Instrumenten die aan het Gemini Observatorium zijn bevestigd, kunnen worden gebruikt om de vingerafdrukken van licht te bestuderen dat wegstroomt van de gebieden rond zwarte gaten zoals die in NGC 1600. Gemini Observatory

Belangrijkste leerpunten

• Zwarte gaten bestaan ​​in veel sterrenstelsels. De kernen van spiralen en ellipticalen bevatten meestal superzware zwarte gaten.
• De elliptische melkweg NGC 1600 heeft een redelijk massief zwart gat in het hart.
• Astronomen proberen te begrijpen waarom dit sterrenstelsel zo'n enorm zwart gat heeft.

bronnen

• "Een zicht op de gigantische elliptische Galaxy NGC 1600." HubbleSite - The Telescope - Hubble Essentials - Over Edwin Hubble, hubblesite.org/image/3723/news.
• Dunbar, Brian. "Wat is een zwart gat?" NASA, NASA, 21 mei 2015, www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes.