Een zonachtige ster in een sterrenstelsel op ongeveer 500 miljoen lichtjaar afstand wordt geleidelijk opgeslokt door een zwart gat. Elke keer dat het een zwart gat nadert, stoot het materiaal af dat overeenkomt met drie aardmassa's.

Een enorme uitbarsting van röntgenstraling gedetecteerd door astronomen van de Universiteit van Leicester suggereert dat driemaal de massa van de aarde in een zwart gat brandt. In een nabijgelegen sterrenstelsel wordt een zonachtige ster langzaam verslonden door een klein, vraatzuchtig zwart gat, waarbij bij elke nadering drie aardmassa's aan materiaal verloren gaan.

De ontdekking door astronomen van de Universiteit van Leicester, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy op 7 september, levert een ‘ontbrekende schakel’ op in ons begrip van hoe zwarte gaten draaiende sterren verstoren. Het suggereert dat een groot aantal sterren wordt verslonden, maar nog ontdekt moet worden. Het onderzoeksteam kreeg steun van de UK Space Agency en de UK Science and Technology Facilities Council (STFC).

ontdek details

Astronomen werden gewekt door een heldere röntgenflits die leek te komen uit het centrum van het nabijgelegen sterrenstelsel 2MASXJ02301709+2836050, ongeveer 500 miljoen lichtjaar verwijderd van de Melkweg. Het werd Swift J0230 genoemd en werd voor het eerst ontdekt door wetenschappers met behulp van een nieuw hulpmiddel ontwikkeld door het Neil Gehrels Swift Observatory. Ze regelden snel verdere Swift-waarnemingen ervan en ontdekten dat het niet geleidelijk verviel zoals verwacht, maar zeven tot tien dagen helder zou schijnen en dan plotseling uit zou gaan, waarbij dit proces ongeveer elke 25 dagen werd herhaald.

Optisch beeld van een sterrenstelsel dat een nieuwe gebeurtenis ervaart, afkomstig uit gearchiveerde PanSTARRS-gegevens. Het röntgenobject bevindt zich ergens binnen de witte cirkel, ongeveer zo groot als een speldenknop op 100 meter afstand. Ook wordt de locatie van een 2 jaar oude supernova getoond. Bron: Daniele B. Malesani/PanSTARRS

Verbind de ontbrekende stukken

Soortgelijk gedrag is waargenomen bij zogenaamde quasi-periodieke uitbarstingen en periodieke nucleaire transiënten, waarbij het materiaal van een ster wordt verscheurd door een zwart gat terwijl het er dichtbij draait, maar ze verschillen in de frequentie van de uitbarstingen en in de vraag of de uitbarstingen voornamelijk plaatsvinden in röntgenstraling of optisch licht. De regelmaat van de straling van de Swift J0230 ligt daar ergens tussenin, wat erop wijst dat dit de ‘ontbrekende schakel’ is tussen de twee burst-types.

Met behulp van modellen die voor beide soorten gebeurtenissen als leidraad waren voorgesteld, concludeerden de wetenschappers dat de uitbarsting van Swift J0230 een ster voorstelde die qua grootte vergelijkbaar was met onze zon en in een elliptische baan rond een zwart gat met lage massa in het centrum van de Melkweg draaide. Naarmate de baan van de ster de krachtige zwaartekracht van het zwarte gat nadert, wordt materiaal ter grootte van drie aardmassa's uit de atmosfeer van de ster gerukt en verwarmd terwijl het in het zwarte gat valt. Bij de hoge temperatuur van ongeveer 2 miljoen graden Celsius komt een grote hoeveelheid röntgenstraling vrij, die voor het eerst werd opgevangen door de Swift-satelliet.

Röntgenfoto's van dezelfde locatie aan de hemel vóór (links) en na (rechts) de explosie van Swift J0230. De beelden zijn gemaakt met de röntgentelescoop aan boord van de Swift-satelliet. Afbeelding tegoed: Phil Evans (Universiteit van Leicester)/NASASwift

Deskundige inzichten

Hoofdauteur Dr. Phil Evans, van de School of Physics and Astronomy aan de Universiteit van Leicester, zei: ‘Dit is de eerste keer dat we een ster als de zon herhaaldelijk uit elkaar hebben gescheurd en opgeslokt door een zwart gat met een lage massa. Dit nieuwe systeem valt precies tussen deze twee categorieën in, en als je de cijfers doorneemt, zie je dat de soorten objecten die erbij betrokken zijn ook heel goed passen."

Dr. Rob Eyles-Ferris, die samen met Dr. Evans aan de Swift-satelliet werkt, voltooide onlangs zijn doctoraat aan de Universiteit van Leicester, waarbij hij onder meer de vernietiging van sterren door zwarte gaten bestudeerde. "In de meeste systemen die we in het verleden hebben gezien, werd de ster volledig vernietigd", legde hij uit. "Swift J0230 is een opwindende nieuwe toevoeging aan de categorie van gedeeltelijk vernietigde sterren, omdat het ons het ware verband laat zien dat is ontdekt tussen deze twee klassen van objecten, en ons nieuwe systeem ons de ontbrekende schakel biedt."

Illustratie van het Neil Gales-Swift Observatorium. Bron: NASA

Ik kijk ernaar uit om meer te ontdekken

Dr. Kim Page van de Universiteit van Leicester was betrokken bij de data-analyse voor dit onderzoek: "Gezien het feit dat we Swift J0230 binnen een paar maanden na de lancering van ons nieuwe tijdelijke jachtinstrument hebben ontdekt, verwachten we dat er nog veel meer van dergelijke objecten zullen wachten om ontdekt te worden."

Dr. Chris Nixon is een theoretisch astrofysicus die onlangs van de Universiteit van Leicester naar de Universiteit van Leeds is overgestapt. Hij leidde pogingen om de gebeurtenis theoretisch te verklaren. Zijn onderzoek is gefinancierd door de UK Science and Technology Facilities Council en de Leverhulm Trust.

Ze schatten dat het zwarte gat ongeveer 10.000 tot 100.000 keer de massa van de zon heeft, wat vrij klein is voor de superzware zwarte gaten die doorgaans in de centra van sterrenstelsels worden aangetroffen. Er wordt aangenomen dat het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg een massa van 4 miljoen zonsmassa's heeft, terwijl de meeste zwarte gaten ongeveer 100 miljoen zonsmassa's hebben.

Dit is de eerste ontdekking waarbij gebruik wordt gemaakt van de nieuwe transiëntdetector van de Swift-satelliet, die is ontwikkeld door het team van de Universiteit van Leicester en op hun computers draait. Wanneer zich een extreme gebeurtenis voordoet, veroorzaakt dit uitbarstingen van röntgenstraling in gebieden aan de hemel waar voorheen geen röntgenstraling aanwezig was, wat astronomen astronomische röntgentransiënten noemen. Hoewel deze tijdelijke gebeurtenissen het begin van extreme gebeurtenissen aankondigen, zijn ze niet gemakkelijk te detecteren, althans niet snel. Daarom is dit nieuwe hulpmiddel ontwikkeld om in realtime naar nieuwe soorten tijdelijke gebeurtenissen te zoeken.

Dr. Evans voegde hieraan toe: "Dit type object was grotendeels niet detecteerbaar totdat we deze nieuwe faciliteit bouwden en heel snel deze gloednieuwe, nog nooit eerder geziene gebeurtenis ontdekten. Swift is bijna 20 jaar oud en ontdekt plotseling gloednieuwe gebeurtenissen waarvan we nooit wisten dat ze bestonden. Ik denk dat dit laat zien dat elke keer dat je een nieuwe manier vindt om naar de ruimte te kijken, je iets nieuws leert en ontdekt dat er iets is waarvan je niet wist dat het bestond."

Internationale samenwerking en toekomstperspectieven

Dr. Caroline Harper, hoofd ruimtewetenschap bij de UK Space Agency, zei: "Dit is weer een opwindende ontdekking van de wereldwijd toonaangevende Swift-missie: elke keer dat een zonachtige ster dichtbij genoeg ronddraait, bijt een zwart gat met een lage massa hem."

De UK Space Agency werkt al vele jaren samen met NASA aan deze missie; Groot-Brittannië leidde de ontwikkeling van de hardware voor twee belangrijke wetenschappelijke instrumenten en verstrekte financiering voor het Swift Science Data Centre, dat we blijven steunen. We kijken uit naar Swifts toekomstige begrip van gammaflitsen door het hele universum en de grootschalige gebeurtenissen die deze veroorzaken.