Pressmeddelande

“Svarta hål-polisen” upptäcker ett slumrande svart hål utanför Vintergatan

18 juli 2022, Skurup

Ett internationellt forskarlag, känt för att ha avslöja flera felaktiga upptäckter av svarta hål, har funnit ett stellärt svart hål i det Stora Magellanska molnet, en av Vintergatans granngalaxer. “För första gången kan vårt forskarlag rapportera om upptäckten av ett svart hål, istället för ett avfärdande” säger forskningsledaren Tomer Shenar. Dessutom fann forskarna att stjärnan som gav upphov till det svarta hålet försvann utan tecken på en våldsam explosion. Upptäckten var möjligt att göra tack vare sex års observationer med Europeiska sydobservatoriets (ESO) Very Large Telescope (VLT).

“Vi hittade en nål i en höstack” säger Shenar, som startade studien vid KU Leuven i Belgien [1] och som nu är Marie-Curie Fellow vid Amsterdams universitet, Nederländerna. Även om andra liknande svarta hål-kandidater har föreslagits tidigare menar forskarlaget att detta är det första “slumrande” svarta hålet med stjärnlik massa, ett så kallat stellärt svart hål, som otvetydigt har identifierats bortom vår egen galax.

 

Stellära svarta hål bildas när massiva stjärnor når slutet av sina liv och kollapsar under sin egen gravitation. I ett binärsystem där två stjärnor kretsar kring varandra ger processen upphov till ett svart hål i omloppsbana kring en ljusstark stjärnkompanjon. Det svarta hålet är slumrande om det inte ger ifrån sig stora mängder röntgenstrålning, energirik strålning som normalt gör det möjligt att över huvud taget upptäcka det svarta hålet. “Det är häpnadsväckande att vi knappt känner till något slumrande svart hål över huvud taget, givet hur talrika de sannolikt är” förklarar medförfattaren Pablo Marchant vid KU Leuven. Det nyligen funna svarta hålet är minst nio gånger mer massivt än solen och kretsar kring en het blå stjärna med 25 solmassor.

 

Slumrande svarta hål är särskilt svåra att hitta eftersom de inte samverkar med sin omgivning. “Vi har letat efter binärsystem av detta slag i mer än två år nu” berättar medförfattaren Julia Bodensteiner, forskare vid ESO i Tyskland. “Jag blev upprymd när jag hörde om VFTS 243 som jag menar är den mest övertygande kandidaten hittills” [2].

 

För att hitta VFTS 243 undersökte forskarna över 1000 massiva stjärnor i Tarantelnebulosan i Stora Magellanska molnet på jakt efter binärsystem med ett svart hål. Att identifiera dessa kompanjoner och slå fast att de faktiskt är svarta hål  är extremt svårt eftersom datan kan tolkas på många sätt.

 

“Eftersom jag har avslöjat flera påstådda men icke-existerande svarta hål de senaste åren var jag extremt skeptisk till denna upptäckt” säger Shenar. Tveksamheten delades av forskarkollegan och medförfattaren Kareem El-Badry vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i USA, som Shenar kallar “svarta hål-förgöraren”. “När Tomer frågade mig om jag kunde dubbelkolla hans resultat hade jag mina dubier. Men jag kunde inte hitta någon rimlig förklaring till datan som inte involverade ett svart hål” förklarar El-Badry.

 

Upptäckten ger även forskarna en unik inblick i processerna vid bildandet av ett svart hål. Astronomerna tror att svarta hål med stellära massor bildas i kärnan av en kollapsande massiv stjärna, men det är oklart om denna process ackompanjeras av en kraftfull supernovaexplosion.

 

“Stjärnan som bildade det svarta hålet i VFTS 243 verkar ha kollapsat fullständigt, utan något tecken på en explosion” förklarar Shenar. “Bevis för detta “direktkollaps-scenario” har börjat komma på sistone, men vår studie kan sägas ge en av de hittills mest direkta indikationerna på att processen existerar. Detta har enorma implikationer för ursprunget till sammansmältande svarta hål i universum”.

 

Det svarta hålet i VFTS 243 hittades efter sex års observationer av Tarantelnebulosan med FLAMES-instrumentet (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) på ESO:s VLT [3].

 

Forskarlaget, som har fått smeknamnet “svarta hål-polisen”, hoppas att deras arbete, som publiceras i dag i tidskriften Nature Astronomy, kommer att göra det möjligt att upptäcka andra stellära svarta hål i omloppsbana kring massiva stjärnor. Tusentals objekt av detta slag beräknas finnas i Vintergatan och de båda Magellanska molnen.

 

“Naturligtvis förväntar jag mig att andra forskare kommer att granska vårt resultat ingående för att finna alternativa förklaringsmodeller” sammanfattar El-Badry. “Det är ett mycket intressant projekt att vara involverad i.”

Noter

[1] Forskningen gjordes inom ramen för Hugues Sanas forskarlag vid KU Leuvens astronomiska institut.

 

[2] En oberoende studie accepterad för publikation i Astronomy & Astrophysics ledd av Laurent Mahy, där flera av forskarna i det aktuella forskarlaget ingår, rapporterar om en annan lovande kandidat till ett stellärt svart hål i HD 130298-systemet i vår egen Vintergata.

 

[3] Observationerna gjordes under loppet av sex år. Data erhölls av VLT FLAMES Tarantula Survey (lett av Chris Evans, United Kingdom Astronomy Technology Centre, STFC, Royal Observatory, Edinburgh; för närvarande vid Europeiska rymdorganet ESA) från 2008 och 2009, och inom sökprogrammet Tarantula Massive Binary Monitoring (lett av Hugues Sana vid KU Leuven) mellan 2012 och 2014.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud” (doi:10.1038/s41550-022-01730-y) i tidskriften Nature Astronomy.

 

Forskningen har fått finansiellt stöd från Europeiska forskningsrådet (ERC) inom ramen för Europeiska unionens “2020 research and innovation programme” (grant agreement numbers 772225: MULTIPLES) (PI: Sana).

 

Forskarlaget utgörs av T. Shenar (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgien [KU Leuven]; Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Nederländerna [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Royal Observatory of Belgium, Bryssel, Belgien), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, USA; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland,  MPIfR), L. A. Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brasilien), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Tyskland), P. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, Storbritannien), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Spanien; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Spanien), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Polen [Warsaw]), V. Henault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Kanada), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Teneriffa, Spanien [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Warsaw), S. Kozłowski (Warsaw), D. J. Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), P. Mróz (Warsaw), A. F. J. Moffat (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Kanada), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Warsaw), R. Poleski (Warsaw), K. Rybicki (Warsaw and Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), F. R. N. Schneider (Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg, Tyskland [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Tyskland), D. M. Skowron (Warsaw), J. Skowron (Warsaw), I. Soszyński (Warsaw), M. K. Szymański (Warsaw), S. Toonen (API), A. Udalski (Warsaw), K. Ulaczyk (Department of Physics, University of Warwick, Storbritannien), J. S. Vink (Armagh Observatory & Planetarium, Storbritannien) samt M. Wrona (Warsaw).

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer. Där finns även två kartläggningsteleskop: VISTA som arbetar i infrarött ljus och VLT Survey Telescope som observerar i synligt ljus. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton på VLT
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

Kontakter

Tomer Shenar
KU Leuven and University of Amsterdam
Leuven and Amsterdam, Belgium and The Netherlands
E-post: t.shenar@uva.nl

Julia Bodensteiner
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6409
E-post: julia.bodensteiner@eso.org

Kareem El-Badry
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, USA
E-post: kareem.el-badry@cfa.harvard.edu

Pablo Marchant
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 16 33 05 47
E-post: pablo.marchant@kuleuven.be

Hugues Sana
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 479 50 46 73
E-post: hugues.sana@kuleuven.be

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2210 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.