De oorsprong van 'Mirach's Ghost' verbijstert wetenschappers van zwarte gaten

 Ongeveer 10 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd, kan een wazig sterrenstelsel genaamd Mirach's Ghost helpen een duister mysterie te ontrafelen: waar de grootste zwarte gaten in het universum vandaan kwamen. Maar dit spookachtige sterrenstelsel heeft ook het mysterie rond de geboorten van deze objecten verdiept.

Een zwart gat is een singulariteit, een gebied in de ruimte-tijd waar materie te dicht is geworden om zichzelf in stand te houden, en ineengestort tot een vormloos punt. Superzware zwarte gaten (SMBH's) zijn kosmische monsters die vaak miljarden keer de massa van onze zon wegen, vergeleken met de massa van zware sterren die gewone zwarte gaten vormen. Ze zitten in de centra van grote sterrenstelsels, zuigen gas op en slaan sterren rond met hun immense zwaartekracht. Er is er een in het midden van de Melkweg en een nog grotere in het centrum van het Maagd A-sterrenstelsel dat astronomen hebben gefotografeerd. Maar het is nog steeds niet duidelijk hoe deze gigantische objecten zijn ontstaan.

Natuurkundigen denken dat er twee mogelijkheden zijn: misschien zijn SMBH's oude kenmerken van het universum, objecten die na de oerknal direct instortten uit de hete massa die door de ruimte stroomde. Of misschien zijn ze gevormd zoals elk ander zwart gat in het universum: als gevolg van de ontploffingen van stervende sterren. Als de laatste verklaring correct was, zouden SMBH's klein zijn begonnen en in de loop van eonen extra massa hebben opgepikt door stof en andere sterren op te slokken.

Verwant: 9 feiten over zwarte gaten die je versteld doen staan

"Het probleem is dat in beide gevallen de meeste zwarte gaten aanzienlijk zijn gegroeid sinds hun geboorte en wolken van gas en stof opslokken die om hen heen wervelen", zegt Timothy Davis, een astrofysicus aan de Universiteit van Cardiff in Wales. "Hierdoor worden ze zwaarder en is het moeilijk om te bepalen met welke massa ze hun leven zijn begonnen."

Dus gingen Davis en zijn collega's op zoek naar de kleinste SMBH's die ze konden vinden.

Deze kleine supermassieven, zo vertelde hij, "hebben in hun verleden niet de kans gehad om grote hoeveelheden materiaal te consumeren, [dus door ze te bestuderen] komen we bijna aan het onthullen hoe SMBH's eruit moeten hebben gezien toen ze werden gevormd."

De onderzoekers bestudeerden de SMBH in het centrum van het sterrenstelsel "Mirach's Ghost" (zo genoemd omdat het sterrenstelsel vanaf de aarde lijkt op een verschijning nabij de ster Mirach), met behulp van een nieuwe techniek om de massa te bepalen..

Verwant: De grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde

Op basis van gegevens van de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Chili, maten de onderzoekers de snelheid van koolmonoxidegas dat naar de SMBH in het centrum van de Mirach's Ghost-melkweg wervelde.

"Net als water dat rond een pluggat stroomt, gaat dit gas steeds sneller naarmate het het zwarte gat nadert", zei Davis.

Dat wervelen is een product van de massa van het zwarte gat, dus de snelheid van het wervelen - nauwkeurig gemeten - kan onderzoekers vertellen hoeveel het zwarte gat weegt. De beelden van ALMA, met een resolutie van 1,5 lichtjaar (zeer gedetailleerd voor zo'n ver object), maakten dat mogelijk. Deze SMBH, zo ontdekten ze, heeft een massa van minder dan 1 miljoen keer die van onze zon - een baby volgens SMBH-normen. Op basis van schattingen van hoeveel het sinds zijn geboorte is gegroeid, woog het waarschijnlijk minder dan 500.000 keer de massa van onze zon toen het werd geboren, zei Davis..

-Het universum: Big Bang tot nu in 10 eenvoudige stappen

-De 15 vreemdste sterrenstelsels in ons universum

-101 astronomische beelden die u versteld doen staan

Dat bewijst niet dat een van de oorsprongsverhalen correct is, vonden de onderzoekers. Maar het doet de balans enigszins doorslaan ten opzichte van het directe ineenstortingsmodel, en sluit meer extreme versies van de directe ineenstortingstheorie volledig uit. Sommige directe ineenstortingstheorieën staan ​​het vormen van SMBH's helemaal niet toe.

Toch is de oorsprong van zwarte gaten een mysterie. Eén probleem: andere waarnemingen hebben aangetoond dat zeer grote SMBH's in hun huidige vorm al heel snel na de oerknal bestonden, wat onze aannames over hoe snel zwarte gaten kunnen groeien tart..

"We kennen twee belangrijke manieren om SMBH's te maken, en geen van beide kan direct zwarte gaten van deze omvang maken. In plaats daarvan moeten ze kleiner zijn geboren en tot deze wonderbaarlijke afmetingen zijn uitgegroeid. Dit is echt lastig om te doen, omdat er een limiet is. hoeveel een zwart gat kan inslikken in de beschikbare tijd sinds het universum is gemaakt, "zei Davis. "Ons werk versterkt dit probleem. We hebben aangetoond dat welk mechanisme ook SMBH's maakt, ze in staat stelt een massa te hebben die minder is dan 500.000 keer de massa van onze zon wanneer ze worden geboren."

Hoewel dat de weegschaal doet afslaan tegen de theorie van directe ineenstorting, biedt geen van beide theorieën een goede verklaring voor waar zo'n kleine SMBH vandaan zou kunnen komen. Het uiteindelijke antwoord zal waarschijnlijk enkele belangrijke wijzigingen inhouden aan een van de modellen die natuurkundigen op dit moment hebben.

Dus nu weten natuurkundigen een beetje meer over hoe jonge SMBH's eruit zien. Maar ze weten nog steeds niet waar ze vandaan kwamen. Het artikel dat het zwarte gat in het centrum van Mirach's Geest beschrijft, werd vandaag (14 juli) gepubliceerd in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.