Persbericht

Rondtollend superzwaar zwart gat slokt ster op

Verklaring superheldere explosie mede dankzij ESO-telescopen herzien

12 december 2016

Een buitengewoon heldere punt van licht in het verre heelal, met de aanduiding ASASSN-15lh, werd beschouwd als de helderste supernova-explosie die ooit is waargenomen. Maar nieuwe waarnemingen vanuit diverse sterrenwachten, waaronder ESO, hebben deze interpretatie in twijfel getrokken. Een team van astronomen suggereert nu dat de oorzaak een nog veel extremer en zeldzamer verschijnsel was: een snel ronddraaiend zwart gat dat een passerende ster aan flarden heeft getrokken.

In 2015 detecteerde de All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) een verschijnsel, ASASSN-15lh genoemd, dat als helderste supernova aller tijden de boeken in ging. Het werd ondergebracht in de categorie van ‘superheldere supernova’ – de explosie van een extreem massarijke ster die aan het einde van zijn leven is gekomen. De explosie was twee keer zo helder als de vorige recordhouder en op zijn hoogtepunt zelfs twintig keer zo helder als al het licht van de hele Melkweg bij elkaar.

Een internationaal team, onder leiding van Giorgos Leloudas van het Weizmann Institute of Science, Israël, en het Dark Cosmology Centre, Denemarken, heeft nu aanvullende waarnemingen gedaan van het verre sterrenstelsel, op ongeveer 4 miljard lichtjaar van de aarde, waarin de explosie plaatsvond. Daarbij zijn de astronomen tot een nieuwe verklaring voor deze uitzonderlijke gebeurtenis gekomen.

‘We hebben de bron in de tien maanden na de gebeurtenis waargenomen en zijn tot de conclusie gekomen dat de verklaring waarschijnlijk niet moet worden gezocht bij een buitengewoon heldere supernova. Onze resultaten wijzen erop dat het verschijnsel is veroorzaakt door een snel rondtollend superzwaar zwart gat dat een lichte ster heeft verwoest,’ legt Leloudas uit.

Volgens dit scenario is een zonachtige ster in het centrum van het sterrenstelsel te dicht in de buurt van het daar aanwezige superzware zwarte gat gekomen en door diens extreme gravitationele krachten aan flarden getrokken – een zogeheten tidal disruption event. Bij een gebeurtenis van dit type, waarvan er pas een stuk of tien zijn waargenomen, wordt de ster tot een lange sliert ‘spaghetti’ uit elkaar getrokken. Bij dat proces ontstaan talrijke schokgolven en wordt de naar het zwarte gat toe stromende stermaterie extreem heet. Het gevolg is een intense uitbarsting van licht die op een zeer heldere supernova-explosie lijkt, maar dat niet was, omdat de ster in kwestie niet genoeg massa had om in zijn eentje een supernova-explosie te kunnen veroorzaken.

Het team baseert zijn nieuwe conclusies op waarnemingen met een scala aan telescopen, zowel op aarde als in de ruimte, waaronder de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Paranal, de New Technology Telescope van de ESO-sterrenwacht op La Silla en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA [1]. De waarnemingen met de NTT zijn gedaan in het kader van de Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO).

‘Er zitten allerlei los van elkaar staande aspecten aan de waarnemingen die erop wijzen dat dit verschijnsel inderdaad een tidal disruption is geweest en niet een superheldere supernova,’ verklaart medeauteur Morgan Fraser van de Universiteit van Cambridge, VK (inmiddels verbonden aan University College Dublin, Ierland).

In het bijzonder hebben de gegevens uitgewezen dat het verschijnsel in de loop van de tien maanden van vervolgwaarnemingen drie afzonderlijke stadia heeft doorlopen. Al met al heeft de gebeurtenis meer weg van een tidal eruption event dan van een superheldere supernova. Zowel de waargenomen opleving van de helderheid in het ultraviolet als een toename van de temperatuur maakt het minder waarschijnlijk dat het een supernova is geweest. Bovendien is de plek des onheils – een rood, massarijk en inactief sterrenstelsel – niet bepaald de plaats waar je een superheldere supernova-explosie verwacht. Normaal gesproken voltrekken die zich in blauwe, sterren vormende dwergstelsels.

Hoewel het team zegt dat het onwaarschijnlijk is dat het een supernova is geweest, moeten de astronomen ook erkennen dat het verschijnsel ook niet volledig past in het klassieke beeld van een tidal eruption event. Teamlid Nicholas Stone van Columbia University, VS, licht dat toe: ‘Het tidal eruption event zoals wij die voorstellen kan niet worden verklaard met een niet-roterend superzwaar zwart gat. Volgens ons is ASASSN-15lh veroorzaakt door een zeer specifiek soort zwart gat.’

De massa van het moederstelsel impliceert dat het superzware zwarte gat in zijn centrum minstens 100 miljoen keer zoveel massa heeft als de zon. Een zwart gat van deze massa zou normaal gesproken niet in staat moeten zijn om sterren buiten zijn waarnemingshorizon – de grens waarbinnen niets meer in staat is om aan zijn zwaartekrachtsaantrekking te ontsnappen – aan flarden te trekken. Als het zwarte gat echter van het soort is dat snel om zijn as tolt – een zogeheten Kerr-zwart gat – verandert dat de zaak. In dat geval is die beperking niet van toepassing.

‘Zelfs met alle verzamelde gegevens kunnen we niet met 100% zekerheid zeggen dat ASASSN-15lh een tidal eruption event was,’ concludeert Leloudas. ‘Maar het is verreweg de meest waarschijnlijke verklaring.’

Noten

[1] Naast gegevens van de ESO’s Very Large Telescope, de New Technology Telescope en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA heeft het team ook gebruik gemaakt van waarnemingen van NASA’s Swift telescope, de Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT), de Australia Telescope Compact Array, ESA’s XMM-Newton, de Wide-Field Spectrograph (WiFeS) en de Magellan Telescope.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole’, van G. Leloudas et al. dat in het nieuwe tijdschrift Nature Astronomy verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit G. Leloudas (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël; Niels Bohr Institute, Kopenhagen, Denemarken), M. Fraser (University of Cambridge, Cambridge, VK), N.C. Stone (Columbia University, New York, VS), S. van Velzen (The Johns Hopkins University, Baltimore, VS), P.G. Jonker (SRON Utrecht; Radboud Universiteit Nijmegen), I. Arcavi (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, VS; University of California, Santa Barbara, VS), C. Fremling (Stockholm University, Stockholm, Zweden), J.R. Maund (University of Sheffield, Sheffield, VK), S.J. Smartt (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), T. Krühler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Duitsland), J.C.A. Miller-Jones (ICRAR - Curtin University, Perth, Australië), P.M. Vreeswijk (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël), A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël), P. A. Mazzali (Liverpool John Moores University, Liverpool, VK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching b. München, Duitsland), A. De Cia (European Southern Observatory, Garching b. München, Duitsland), D.A. Howell (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, VS; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, VS), C. Inserra (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), F. Patat (European Southern Observatory, Garching b. München, Duitsland), A. de Ugarte Postigo (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Spanje; Niels Bohr Institute, Kopenhagen, Denemarken), O. Yaron (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël), C. Ashall (Liverpool John Moores University, Liverpool, VK), I. Bar (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël), H. Campbell (University of Cambridge, Cambridge, VK; University of Surrey, Guildford, VK), T.-W. Chen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Duitsland), M. Childress (University of Southampton, Southampton, VK), N. Elias-Rosa (Osservatoria Astronomico di Padova, Padua, Italië), J. Harmanen (University of Turku, Piikkiö, Finland), G. Hosseinzadeh (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, VS; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, VS), J. Johansson (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël), T. Kangas (University of Turku, Piikkiö, Finland), E. Kankare (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), S. Kim (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili), H. Kuncarayakti (Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chili; Universidad de Chile, Santiago, Chili), J. Lyman (University of Warwick, Coventry, VK), M. R. Magee (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), K. Maguire (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), D. Malesani (University of Copenhagen, Kopenhagen, Denemarken; DTU Space, Denemarken), S. Mattila (University of Turku, Piikkiö, Finland; Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), University of Turku, Piikkiö, Finland; University of Cambridge, Cambridge, VK), C.V. McCully (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, VS; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, VS), M. Nicholl (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), S. Prentice (Liverpool John Moores University, Liverpool, VK), C. Romero-Cañizales (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chili), S. Schulze (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chili), K.W. Smith (Queen’s University Belfast, Belfast, VK), J. Sollerman (Stockholm University, Stockholm, Zweden), M. Sullivan (University of Southampton, Southampton, VK), B.E. Tucker (Australian National University, Canberra, Australië; ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Australië), S. Valenti (University of California, Davis, VS), J.C. Wheeler (University of Texas at Austin, Austin, VS) en D.R. Young (Queen’s University Belfast, Belfast, VK).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van de VLT
• Foto’s van de NTT
• Persbericht ESA/Hubble

Contact

Giorgos Leloudas
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Tel: +972 89346511
E-mail: giorgos@dark-cosmology.dk

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

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media