Ongeveer 16.000 lichtjaar van de aarde ligt een bolvormige bol van miljoenen sterren die dateren uit de vroege jaren van het universum. Deze dichte cluster, genaamd 47 Tucanae, heeft een straal van ongeveer 200 lichtjaar en is een van de helderste clusters in onze nachtelijke hemel. Binnen 47 Tucanae hebben intense zwaartekrachten sterren in de loop van de tijd gesorteerd, waardoor minder dichte sterren naar buiten worden geduwd en een zeer dichte binnenkern wordt gecreëerd die weerstand biedt aan controle van buitenaf.
gerelateerde inhoud
- Kon je in een zwart gat crashen?
- Wetenschappers horen twee nog meer oude zwarte gaten botsen
- Zwarte supergaten komen vaker voor dan eerder gedacht
- Oude, dichte sterrenhopen zijn misschien de plek om complex buitenaards leven te zoeken
"Het bestuderen van bolhopen is notoir een uitdaging", zegt Bülent Kiziltan, een astrofysicus bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Er zijn zoveel sterren naast elkaar gepakt, zegt hij, dat het vastleggen van straling vanuit het midden van een bijna onmogelijk is. Hoewel wetenschappers al lang vermoeden dat 47 Tucanae in het midden een zwart gat kan bevatten, zoals veel andere bolvormige clusters lijken, hebben ze het niet kunnen bewijzen.
In een studie die gisteren in het tijdschrift Nature is gepubliceerd, hebben Kiziltan en zijn collega's nu geholpen om in het hart van 47 Tucanae te turen om de eerste van een nieuwe klasse middelgrote zwarte gaten te vinden.
Ondanks hun naam zijn zwarte gaten eigenlijk niet zo zwart, zegt Kiziltan. Terwijl ze sterren uit elkaar trekken die pech genoeg zijn om in hun trek te dwalen, zegt hij, vormen ze een schijf van heldere, hete gassen om hen heen die bekend staan als een accretieschijf. Zwarte gaten laten geen zichtbaar licht ontsnappen, maar ze stralen meestal röntgenstralen uit wanneer ze deze gassen verbruiken. 47 Tucanae is echter zo dicht dat er geen gassen in het midden achterblijven voor het zwarte gat om te consumeren.
Kiziltan gebruikte zijn expertise in een ander eigenzinnig type ruimteobject - pulsars - om een nieuwe manier te proberen om deze ongrijpbare soorten zwarte gaten te detecteren.
Pulsars "biedt ons een platform dat we kunnen gebruiken om zeer kleine veranderingen in de omgeving te bestuderen, " zegt Kiziltan. Deze sterren, die met zeer regelmatige intervallen "stralingspulsen" uitzenden, kunnen worden gebruikt als referentiepunten om kosmische formaties in kaart te brengen, inclusief bolvormige clusters; Kiziltan vergelijkt ze met 'kosmische atoomklokken'.
Met twee dozijn pulsars aan de randen van 47 Tucanae als gidsen, konden Kiziltan en zijn team simulaties bouwen van hoe het bolvormige cluster zich in de loop van de tijd ontwikkelde, en in het bijzonder hoe de dichtere en minder dichte sterren zich in hun huidige posities sorteerden.
Deze simulaties waren enorme ondernemingen, zegt Kiziltan, die ongeveer zes tot negen maanden nodig hadden om te voltooien, zelfs op extreem krachtige computers. Dat is de reden waarom hij niet blij was, zegt hij, toen recensenten bij Nature om verdere simulaties vroegen die uiteindelijk nog een jaar nodig hadden om te voltooien.
Maar die inspanning was het waard, zegt Kiziltan, omdat het leidde tot iets ongekends: de eerste ontdekking van een zwart gat in een bolvormig cluster. Na honderden simulaties te hebben uitgevoerd, zegt hij, was het enige mogelijke scenario dat zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van de 47 Tucanae van vandaag een zwart gat in het dichte, gasloze centrum van het wereldwijde cluster. Deze voorheen niet-overwogen omgeving voor een zwart gat opent nieuwe plaatsen om ernaar te zoeken, zegt Kiziltan.
"Je kunt je alleen maar voorstellen wat er op de loer ligt in de centra van andere wereldwijde clusters, " zegt Kiziltan.
Wat ook opwindend is, merkt Kiziltan op, is de grootte van het zwarte gat dat zijn simulaties voorspelden. Tot nu toe hebben wetenschappers meestal kleine zwarte gaten gevonden (die ongeveer de grootte van de sterren die zijn samengevouwen om ze te vormen) en superzware zwarte gaten (die duizenden keren groter zijn dan onze zon). Zwarte gaten van gemiddelde grootte zijn vooral wetenschappers ontgaan - hoewel niet omdat ze het niet proberen.
Het zwarte gat voorspeld in het midden van 47 Tucanae valt binnen deze zeldzame middengrond, zegt Kiziltan. Nader onderzoek van dit potentiële zwarte gat zou nieuwe inzichten kunnen geven over hoe en waarom deze grotendeels onbekende vorm van zwarte gaten ontstaat.
Misschien nog belangrijker dan de ontdekkingen zelf is hoe Kiziltan en zijn team bij hen aankwamen. Kiziltan en zijn medewerkers gebruikten een wiskundige theorie die in de jaren 1950 door twee Amerikaanse cryptografen was ontwikkeld om de waarschijnlijke verdeling van sterren in 47 Tucanae in kaart te brengen. "Ze ontwikkelden deze wiskundige methode om onvolledige informatie samen te voegen om het grotere geheel te zien, " zegt Kiziltan.
Kiziltan werkt aan het verfijnen van hun nieuwe aanpak en gebruikt deze nieuwe methode om naar andere populaties van sterren te kijken voor voorheen onzichtbare zwarte gaten. Krachtige nieuwe wetenschappelijke computers en andere instrumenten die de komende jaren online gaan, zullen volgens hem helpen bij deze zoektocht.
"We hebben voor het eerst veel dingen gedaan in dit werk, " zegt Kiziltan. Tegelijkertijd moeten er nog zoveel dingen worden gedaan.
