Een team van astronomen van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill heeft een uiterst zeldzaam "zwervend" zwart gat waargenomen dat zich tienduizenden lichtjaren van het centrum van zijn sterrenstelsel bevindt. Deze ontdekking zou het inzicht van wetenschappers in de manier waarop massieve zwarte gaten zich door het heelal verplaatsen na een botsing tussen sterrenstelsels wel eens ingrijpend kunnen veranderen.
De bevindingen zijn gepubliceerd in *The Astrophysical Journal Letters*. De ontdekking draait om een krachtige kosmische uitbarsting die bekendstaat als een getijdenverstoringsgebeurtenis, of TDE, die plaatsvindt wanneer een ster te dicht bij een massief zwart gat komt en door de zwaartekracht op gewelddadige wijze uit elkaar wordt gerukt. Getijdenverstoringsgebeurtenissen komen overal in een sterrenstelsel zelden voor; ze vinden gemiddeld eens in de 100.000 jaar plaats. Hoewel astronomen de afgelopen tien jaar meer dan honderd van deze gebeurtenissen hebben geïdentificeerd, zijn ze bijna allemaal aangetroffen in het centrum van sterrenstelsels, waar wetenschappers verwachten dat de grootste zwarte gaten zich bevinden. Maar deze nieuw ontdekte gebeurtenis, TDE 2025abcr genaamd, was anders.
Een uitbarsting ver van huis
Onderzoekers hebben de uitbarsting ontdekt op ongeveer 30.000 lichtjaar van het centrum van een massief sterrenstelsel in de buurt; dit is de grootste afstand die ooit is waargenomen bij een optisch ontdekte getijdenverstoring. “Bijna elke getijdenverstoring die we ooit hebben waargenomen, vond plaats in het centrum van een sterrenstelsel, precies waar we de grootste zwarte gaten verwachten,” aldus Jonathan Carney, coauteur van het artikel en promovendus in de natuurkunde en astronomie aan de UNC-Chapel Hill. “De getijdenverstoring die we ontdekten, vond tienduizenden lichtjaren verwijderd van het centrum plaats, waardoor een massief zwart gat aan het licht kwam op een plek waar we dat normaal gesproken niet zouden verwachten. We weten dat er zwervende zwarte gaten bestaan in massieve sterrenstelsels, maar ze zijn moeilijk te bestuderen omdat ze, behalve wanneer ze kortstondig een ster verscheuren, geen licht produceren.”
Het zwarte gat dat verantwoordelijk is voor de uitbarsting heeft naar schatting ongeveer een miljoen keer de massa van de zon. Onderzoekers denken dat het achtergelaten is nadat twee sterrenstelsels in het verre verleden samensmolten, of mogelijk naar buiten is geslingerd door zwaartekrachtinteracties met andere zwarte gaten nabij het centrum van het sterrenstelsel. Omdat zwarte gaten zelf geen licht uitstralen, zijn astronomen aangewezen op zeldzame gebeurtenissen zoals TDE’s om hun bestaan aan het licht te brengen.
AI hielp bij het opsporen van het signaal
“Deze gebeurtenissen zijn in wezen kosmische reclameborden,” aldus Igor Andreoni, universitair docent natuurkunde en astronomie aan de UNC-Chapel Hill. “Ze stellen ons in staat zwarte gaten te vinden die anders volledig onzichtbaar zouden blijven. Door deze gebeurtenissen op heterdaad te betrappen, kunnen we bestuderen hoe massieve zwarte gaten materiaal van een verscheurde ster opslokken.” De ontdekking werd mede mogelijk gemaakt door kunstmatige intelligentie. Onderzoekers gebruikten een AI-classificatietool genaamd tdescore, ontwikkeld door Robert Stein aan de Universiteit van Maryland en NASA Goddard, om enorme hoeveelheden telescoopgegevens te scannen en veelbelovende TDE-kandidaten te identificeren.
“Deze gebeurtenis werd geïdentificeerd als een sterke kandidaat voor een getijdenverstoringsgebeurtenis door een AI-classificatietool die we specifiek hebben aangepast om te zoeken naar getijdenverstoringsgebeurtenissen buiten de centra van sterrenstelsels,” aldus Akash Anumarlapudi, postdoctoraal onderzoeker in de natuurkunde en astronomie aan de UNC-Chapel Hill. “Door de aanname los te laten dat deze gebeurtenissen alleen in het centrum van het sterrenstelsel plaatsvinden, konden we een zwart gat vinden dat anders wellicht over het hoofd zou zijn gezien. Nu de astronomie het ‘big data’-tijdperk betreedt, zullen AI-tools zoals deze steeds belangrijker worden in ons onderzoek naar zeldzame astronomische gebeurtenissen aan de Universiteit van Carolina.”
Telescopen op aarde banen de weg
Nadat de gebeurtenis was gesignaleerd, bevestigde het team uit Carolina de aard ervan met behulp van de Southern Astrophysical Research (SOAR)-telescoop in Chili, een telescoop met een diameter van 4,1 meter die mede door de UNC is gebouwd en die de universiteit nog steeds exploiteert als onderdeel van een internationaal consortium. “We hebben de aard van deze gebeurtenis bevestigd met behulp van de SOAR-telescoop in Chili, waarvan UNC een van de oprichters is”, aldus Benjamin C. Kaiser, postdoctoraal onderzoeker in de natuurkunde en astronomie aan UNC-Chapel Hill. “Dankzij SOAR kunnen we deze kortstondige astronomische verschijnselen snel verder onderzoeken, en dit stelt UNC in staat om er grote aantallen te bestuderen naarmate de volgende generatie survey-telescopen, zoals Rubin, Roman en UNC's eigen Argus Array, in gebruik worden genomen.”
Onderzoekers zeggen dat TDE 2025abcr het eerste sterke bewijs levert dat astronomen op betrouwbare wijze rondzwervende zwarte gaten kunnen ontdekken met behulp van grondgebonden telescopen die in zichtbaar licht werken, wat de deur opent naar geheel nieuwe onderzoeken naar hoe zwarte gaten ontstaan, groeien en zich door sterrenstelsels verplaatsen. Verwacht wordt dat astronomen dankzij de volgende generatie telescopen, zoals het Vera C. Rubin Observatory van de NSF–DOE en de door UNC-Chapel Hill ontworpen en gebouwde Argus Array – zullen overgaan van het ontdekken van tientallen getijdenverstoringsgebeurtenissen per jaar in het relatief nabije heelal naar het ontdekken van vele honderden, zo niet duizenden, per jaar op veel grotere afstanden.
Dit onderzoek helpt wetenschappers niet alleen om zwarte gaten beter te begrijpen, maar werpt ook licht op de levenscycli van sterren en sterrenstelsels en op de extreme fysica van het heelal. Bij getijdenverstoringsgebeurtenissen komen enorme hoeveelheden energie vrij, waardoor astronomen zwaartekrachtkrachten en materie kunnen bestuderen onder omstandigheden die op aarde onmogelijk na te bootsen zijn.
Bron: Phys.org
