eso1802nb — Pressemelding

En stjernes merkelig oppførsel avslører ensomt sort hull bortgjemt i gigantisk stjernehop

17. januar 2018

Astronomer har brukt ESOs MUSE-instrument på Very Large Telescope i Chile til å oppdage en stjerne i kulehopen NGC 3201 som oppfører seg veldig merkelig. Stjernen ser ut til å gå i bane rundt et usynlig sort hull med omtrent fire ganger Solens masse. Dette er den første typen inaktivt sort hull med stjernelignende masse som er funnet i en kulehop, og som er funnet ved måle gravitasjonskraften direkte. Dette viktige funnet påvirker vår forståelse av dannelsen av disse stjernehopene, sorte hull, og opprinnelsen til gravitasjonsbølgehendelser.

Kulehoper er store sfærer bestående av titusener av stjerner som finnes i de fleste galakser. De er blant de eldste kjente stjernesystemene i universet og stammer fra nær begynnelsen av epoken for galaksedannelse. Foreløpig kjenner vi 150 kulehoper som har tilknytning til Melkeveien.

Den spesielle kulehopen NGC 3201 befinner seg i det sørlige stjernebildet Vela (Seilet). Hopen er nå studert ved hjelp av MUSE-instrumentet på ESOs Very Large Telescope i Chile. Et internasjonalt team av astronomer har funnet ut at en av stjernene [1] i NGC 3201 oppfører seg veldig merkelig. Den blir kastet fremover og bakover med hastigheter på flere hundre tusen kilometer i timen, i et mønster som gjentar seg hver 167. dag [2].

Hovedforfatteren Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland) var fascinert av stjernens oppførsel: «Stjernen går i bane rundt noe helt usynlig som har en masse på mer enn fire ganger Solens masse. Dette kan bare være et sort hull! Dette er det første sorte hullet som er funnet i en kulehop ved å direkte observere dens gravitasjonskraft.»

Forholdet mellom sorte hull og kulehoper er viktig, men mystisk. På grunn av de store massene og deres høye alder, antas disse hopene å ha produsert et stort antall sorte hull med stjernelignende masser. Disse ble dannet ved at hopen først dannet massive stjerner, som deretter eksploderte og kollapset til sorte hull i løpet av hopens lange levetid [3] [4].

ESOs MUSE-instrument gir astronomer en unik evne til å måle bevegelsene til tusenvis av fjerne stjerner samtidig. Med dette nye funnet har teamet for første gang vært i stand til å oppdage et «inaktivt» sort hull i hjertet av en kulehop – et sort hull som for øyeblikket ikke svelger materie og ikke er omgitt av en glødende gasskive. De kunne estimere massen til det sorte hullet gjennom bevegelsene til en stjerne som ble oppdaget i dens sterke gravitasjonsfelt [5].

Stjernen er bestemt til å være rundt 0,8 ganger Solens masse utifra dens observerte egenskaper. Massen til den mystiske motparten ble beregnet til å være rundt 4,36 ganger Solens masse, og er nesten helt sikkert et sort hull [6].

Nylige observasjoner av radio- og røntgenkilder i kulehoper, samt deteksjonen av gravitasjonsbølgesignaler produsert ved sammensmelting av to sorte hull med stjernelignende masser i 2016, antyder at disse forholdsvis små sorte hullene kan være mer vanlige i kulehoper enn tidligere antatt.

Giesers konkluderer med: «Inntil nylig ble det antatt at nesten alle sorte hull ville forsvinne fra kulehoper etter kort tid, og at systemer som dette ikke engang skulle eksistere! Men tydeligvis er ikke dette tilfellet. Vår oppdagelse er den første direkte gjenkjenningen av gravitasjonseffekter fra et sort hull med stjernelignende masse i en kulehop. Denne konklusjonen bidrar til å forstå dannelsen av kulehoper og utviklingen av sorte hull og binære systemer. Dette er viktig i sammenheng med å forstå gravitasjonsbølgekilder.»

Fotnoter

[1] Stjernen som er funnet er en hovedseriestjerne som er i slutten av hovedfasen av livet sitt. Etter å ha brukt opp sin hovedforsyning av brenselstoff, er den nå på vei til å bli en rød kjempe.

[2] En stor undersøkelse av 25 kulehoper rundt Melkeveien blir for tiden gjennomført ved hjelp av ESOs MUSE-instrument med støtte fra MUSE-konsortiet. Dette vil gi astronomer spektre fra 600 til 27 000 stjerner i hver hop. Studien omfatter analyse av radialhastigheten til individuelle stjerner – hastigheten som de beveger seg vekk fra og mot Jorden, langs observatørens synslinje. Med radialhastighetsmålinger kan stjernens baner bestemmes, så vel som egenskapene til et hvilket som helst massivt objekt de kan gå i bane rundt.

[3] I fravær av kontinuerlig stjernedannelse, som er tilfellet i kulehoper, blir sorte hull med stjernelignende masse snart de mest massive gjenstandene som er til stede. Vanligvis er sorte hull i kulehoper omtrent fire ganger så massive som de omkringliggende lavmassestjernene. Nylige teorier har konkludert med at sorte hull utgjør en tett kjerne i hopen, som er løsrevet resten av materien i kulehopen. Bevegelser i sentrum av hopen er deretter antatt å kaste ut de fleste sorte hull fra hopen, noe som betyr at bare noen få ville overlevd etter en milliard år.

[4] Sorte hull med stjernelignende masser dannes når massive stjerner dør, kollapser under sin egen gravitasjonskraft og eksploderer som kraftige hypernovaer. Dette etterlater et sort hull bestående av det meste av den tidligere stjernens masse, som kan variere fra noen få ganger Solens massen til flere titalls ganger så massiv.

[5] Ettersom lys ikke er i stand til å unnslippe sorte hull på grunn av deres enorme tyngdekraft, er hovedmetoden for å oppdage dem gjennom observasjoner av radio- eller røntgenutslipp som kommer fra varm materie rundt de sorte hullene. Men når et sort hull ikke vekselvirker med varm materie og ikke samler masse eller sender ut stråling, som i dette tilfellet, er det sorte hullet «inaktivt» og usynlig. Da kreves en annen metode for gjenkjenning.

[6] Fordi det ikke-lysende objektet i dette binære systemet ikke kan observeres direkte, finnes det alternative, dog mye mindre overbevisende, forklaringer på hva det kan være. Kanskje er det et trippelstjernesystem som består av to tett bundne nøytronstjerner, med den observerte stjernen kretsende i bane rundt dem. Dette scenariet vil kreve at hver av de tett bundet stjernene må være minst dobbelt så massive som Solen. Et slikt binært system er aldri blitt observert før.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i den vitenskapelige artikkelen «A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201» av B. Giesers et al. i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Teamet består av Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Stefan Dreizler (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Tim-Oliver Husser (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland), Sebastian Kamann (Georg-August-Universität Göttingen, Tyskland; Liverpool John Moores University, Liverpool, Storbritannia), Guillem Anglada Escudé (Queen Mary University of London, Storbritannia), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland; Universidade do Porto , CAUP, Porto, Portugal), C. Marcella Carollo (Det sveitsiske føderale institutt for teknologi, ETH, Zürich, Sveits), Martin M. Roth (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut for Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland) og Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Tyskland).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1802 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1802nb
Navn:NGC 3201
Type:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Black Hole
Milky Way : Star : Grouping : Cluster : Globular
Facility:Very Large Telescope
Instruments:MUSE
Science data:2018MNRAS.475L..15G

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av binært sort hull-system i NGC 3201
Kunstnerisk fremstilling av binært sort hull-system i NGC 3201
Hubble-bilde av kulehopen NGC 3201 (annotert)
Hubble-bilde av kulehopen NGC 3201 (annotert)
Himmelen rundt kulehopen NGC 3201
Himmelen rundt kulehopen NGC 3201
Kulehopen NGC 3201
Kulehopen NGC 3201
Hubble-bilde av kulehopen NGC 3201 (ikke annotert)
Hubble-bilde av kulehopen NGC 3201 (ikke annotert)
Kulehopen NGC 3201 i stjernebildet Vela (Seilet)
Kulehopen NGC 3201 i stjernebildet Vela (Seilet)

Videoer

ESOcast 146 Light: En stjernes merkelig oppførsel avslører ensomt sort hull bortgjemt i gigantisk stjernehop
ESOcast 146 Light: En stjernes merkelig oppførsel avslører ensomt sort hull bortgjemt i gigantisk stjernehop
Zoom inn på kulehopen NGC 3201
Zoom inn på kulehopen NGC 3201
Kunstnerisk fremstilling av binært sort hull-system i NGC 3201
Kunstnerisk fremstilling av binært sort hull-system i NGC 3201
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
kun på engelsk
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
kun på engelsk

Se også