eso1802is — Fréttatilkynning

Sérkennileg hegðun stjörnu afhjúpar lítið svarthol í risavaxinni stjörnuþyrpingu

17. janúar 2018

Stjörnufræðingar sem notuðu MUSE mælitæki ESO á Very Large Telescope í Chile hafa uppgötvað stjörnu sem hegðar sér mjög sérkennilega í þyrpingunni NGC 3201. Útlit er fyrir að hún sé á braut um ósýnilegt svarthol sem er um fjórum sinnum efnismeira en sólin. Þetta er fyrsta óvirka stjörnumassasvartholið sem finnst í kúluþyrpingu og það fyrst sem finnst með beinum mælingum á þyngdartogi þess. Þessi mikilvæga uppgötvun hefur áhrif á skilning okkar á myndun þessara stjörnuþyrpinga, svarthola og uppruna þyngdarbylgjuatburða.

Kúluþyrpingar eru stórir kúlulaga hópar tug þúsunda stjarna sem hringsóla um flestar vetrarbrautir. Þær eru meðal elstu þekktu stjörnukerfanna í alheiminum og má rekja uppruna þeirra allt aftur til þess tíma þegar vetrarbrautir byrjuðu að vaxa og þróast. Vitað er um meira en 150 kúluþyrpingar sem tilheyra Vetrarbrautinni okkar.

Ein þeirra, sem kallast NGC 3201 í stjörnumerkinu Seglinu, hefur nú verið rannsökuð með MUSE mælitækinu á Very Large Telescope ESO í Chile. Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga komst að því að ein stjarnan [1] í NGC 3201 hegðar sér skringilega — hún þeysist fram og til baka á nokkur hundruð þúsund kílómetra hraða á klukkustund og endurtekur mynstrið sig á 167 daga fresti [2].

„Stjarnan er á braut um eitthvað alveg ósýnilegt en þetta ósýnilega er um fjórum sinnum massameira en sólina — það getur í raun aðeins verið svarthol, Þetta er þá fyrsta svartholið sem við finnum í kúluþyrpingu með því að mæla þyngdartog þess með beinum hætti,“ sagði Benjamin Giesers (Georg- August Universität Göttingen í Þýskalandi), aðalhöfundur greinar þar sem skýrt er frá niðurstöðum rannsóknarinnar.

Sambandið milli svarthola og kúluþyrpinga er mikilvægt en dularfullt. Þyrpingarnar eru massamiklar og gamlar svo talið er að þar hafi mikill fjöldi stjörnumassasvarthola myndast. Slík svarthol verða til þegar efnismiklar stjörnur í þyrpingunni springa og hrynja saman undan eigin þunga [3][4].

MUSE mælitæki ESO veitir stjörnufræðingum einstakt tækifæri til að mæla hreyfingu mörg þúsund fjarlægra stjarna samtímis. Með nýju niðurstöðunum hefur hópurinn í fyrsta sinn náð að greina óvirkt svarthol í hjarta kúluþyrpingar, þ.e. svarthol sem er ekki að gleypa efni og er ekki heldur umlukið glóandi gasskífu. Hægt var að áætla massa svartholsins út frá hreyfingu stjörnunnar sem er föst í þyngdartogi þess [5].

Mælingarnar sýna að stjarnan er um 80% af massa sólar en svartholið er um 4,38 sinnum massameira en sólin. Því er næsta örugglega um svarthol að ræða [6].

Nýlegar mælingar á útvarpsbylgjum og röntgengeislum úr kúluþyrpingum, sem og mælingar árið 2016 á þyngdarbylgjum sem urðu til við samruna tveggja stjörnumassasvarthola, benda til þess að þessi tiltölulega litlu svarthol gætu verið mun algengari í kúluþyrpingum en áður var talið.

„Lengst af hefur verið talið að næstum öll svarthol myndu hverfa úr kúluþyrpingu eftir fremur stuttan tíma og að kerfi eins og þetta ætti í raun ekki að vera til! Svo er augljóslega ekki. Uppgötvunin er fyrsta beina mælingin á þyngdartogi stjörnumassasvarthols í kúluþyrpingu. Þetta hjálpar okkur að skilja myndun kúluþyrpinga og þróun svarthola og tvístirnakerfa sem er nauðsynlegt í samhengi við skilning okkar á þyngdarbylgjuppsprettum,“ sagði Giesers að lokum.

Skýringar

[1] Stjarnan er að nálgast endalok æviskeiðs síns á meginröð. Með öðrum orðum, vetnisforðinn er að mestu uppurinn og er stjarnan að breytast í rauðan risa.

[2] Nú stendur yfir stór rannsókn á 25 kúluþyrpingum í kringum Vetrarbrautina með MUSE mælitæki ESO með stuðningi MUSE samstarfsins. Rannsóknin mun færa stjörnufræðingnum litróf af 600 til 27000 stjörnum í hverri þyrpingu. Í rannsókninni felst greining á „sjónstefnuhraða“ stakra stjarna — hraðann sem þær færast á í átt að eða frá Jörðinni miðað við athuganda. Sjónstefnumælingar gera okkur kleift að ákvarða sporbrautir stjarna, sem og eiginleika allra efnismikilla fyrirbæra sem þær gætu verið á braut um.

[3] Þegar samfelld stjörnumyndun á sér ekki stað, eins í tilviki kúluþyrpinga, verða stjörnumassasvarthol fljótt massamestu fyrirbærin í þyrpingunni. Almennt séð ættu stjörnumassasvarthol í kúluþyrpingum að vera fjórum sinnum massameiri en lágmassastjörnurnar í kring. Nýlegar tilgátur hafa verið settar fram um að svarthol myndi þéttan kjarna innan í þyrpingunum, sem síðan losnar frá öðru efni kúluþyrpingarinnar. Talið er að hreyfingar í miðju þyrpinganna hafi kastað meirihluta svarthola út úr þyrpingum svo aðeins fáein væru enn til staðar milljörðum ára síðar.

[4] Stjörnumassasvarthol verða til þegar massamiklar stjörnur deyja, þ.e. hrynja saman undan eigin þyngdarkrafti og springa í tætlur. Eftir situr svarthol sem geymir hluta af massa stjörnunnar fyrrverandi en massinn getur verið frá því að vera nokkrum sinnum meiri en massi sólar, upp í nokkra tugi sinnum massameiri.

[5] Þyngdarkraftur svarthola er slíkur að þau gefa ekki frá sér ljós. Þess vegna er aðalaðferðin til að finna þau sú að mæla útvarps- eða röntgengeislun frá heitu efni í kringum þau. En þegar ekkert heitt efni er á sveim um svarthol — og svartholið þá ekki að draga til sín massa eða geisla frá sér orku, eins og í þessu tilviki — er svartholið „óvirkt“ og algerlega ósýnilegt, svo aðra aðferð þarf til að finna það.

[6] Þar sem ekki er hægt að sjá fyrirbærið sem stjarnan snýst um þarf útskýra hvað það gæti verið. Hugsanlegt er að um sé að ræða þrístirnakerfi með tveimur þéttum nifteindastjörnum og að stjarnan snúist í kringum þær. Þessi sviðsmynd krefst þess að báðar nifteindastjörnurnar séu að minnsta kosti tvisvar sinnum massameiri en sólin okkar. Slíkt kerfi hefur aldrei fundist.

Frekari upplýsingar

Rannsóknin var kynnt í greininni „A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201“ eftir B. Giesers o.fl., sem birtist í tímaritinu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Í rannsóknarteyminu eru Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Þýskalandi), Stefan Dreizler (Georg-August-Universität Göttingen, Þýskalandi), Tim-Oliver Husser (Georg-August-Universität Göttingen, Þýskalandi), Sebastian Kamann (Georg-August-Universität Göttingen, Þýskalandi; Liverpool John Moores University, Liverpool, Bretlandi), Guillem Anglada Escudé (Queen Mary University of London, Bretlandi), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Hollandi; Universidade do Porto, CAUP, Porto, Portúgal), C. Marcella Carollo (Swiss Federal Institute of Technology, ETH, Zurich, Sviss) Martin M. Roth (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Þýskalandi), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Þýskalandi) og Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Þýskalandi).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, Extremely Large Telescope eða ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-icelan@eso.org

Benjamin Giesers
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
Tölvupóstur: giesers@astro.physik.uni-goettingen.de

Stefan Dreizler
Georg-August-Universität Göttingen
Göttigen, Germany
Tölvupóstur: dreizler@astro.physik.uni-goettingen.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1802.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1802is
Nafn:NGC 3201
Tegund:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Black Hole
Milky Way : Star : Grouping : Cluster : Globular
Facility:Very Large Telescope
Instruments:MUSE
Science data:2018MNRAS.475L..15G

Myndir

Artist’s impression of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression of the black hole binary system in NGC 3201
texti aðeins á ensku
Hubble image of the globular star cluster NGC 3201 (annotated)
Hubble image of the globular star cluster NGC 3201 (annotated)
texti aðeins á ensku
Wide-field image of the sky around the globular star cluster NGC 3201
Wide-field image of the sky around the globular star cluster NGC 3201
texti aðeins á ensku
The globular cluster NGC 3201
The globular cluster NGC 3201
texti aðeins á ensku
Hubble image of the globular star cluster NGC 3201 (unannotated)
Hubble image of the globular star cluster NGC 3201 (unannotated)
texti aðeins á ensku
The globular cluster NGC 3201 in the constellation of Vela (The Sails)
The globular cluster NGC 3201 in the constellation of Vela (The Sails)
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ESOcast 146 Light: Odd Behaviour of Star Reveals Black Hole in Giant Star Cluster (4K UHD)
ESOcast 146 Light: Odd Behaviour of Star Reveals Black Hole in Giant Star Cluster (4K UHD)
texti aðeins á ensku
Zooming in on the globular star cluster NGC 3201
Zooming in on the globular star cluster NGC 3201
texti aðeins á ensku
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
texti aðeins á ensku
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
texti aðeins á ensku
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
Artist’s impression video of the black hole binary system in NGC 3201
texti aðeins á ensku

Sjá einnig