Op zoek naar verborgen zwarte gaten in jonge sterrenhopen: Gaia vindt 13 verdachten
Ergens tussen de sterren van jonge sterrenhopen kan een zwart gat schuilgaan dat we nooit direct zien. Een zwart gat zendt zelf geen licht uit, dus je kunt het niet gewoon fotograferen. Toch denkt een team van astronomen nu dertien plekken te hebben gevonden waar zoiets zwaars en onzichtbaars zich kan ophouden.
Sterrenhopen zijn groepen sterren die samen zijn geboren en elkaar met hun zwaartekracht vasthouden. Wetenschappers zoeken al heel lang naar zware, compacte objecten zoals zwarte gaten of neutronensterren (de extreem dichte restanten van ingestorte sterren) in dit soort jonge sterrenhopen. Tot nu toe is daar nog nooit een met zekerheid in gevonden.
Een onzichtbare metgezel verraadt zichzelf
De truc zit in de beweging. Als een ster om een onzichtbaar, zwaar object draait, wiebelt de zichtbare ster lichtjes in haar baan. De Europese ruimtetelescoop Gaia meet de posities van sterren razend nauwkeurig, en kan dat wiebelen oppikken. Uit die beweging kun je berekenen hoe zwaar de onzichtbare metgezel moet zijn.
De onderzoekers doorzochten de catalogus van Gaia met gegevens over dubbelsterren, en vergeleken die met een lijst van bekende jonge sterrenhopen. Zo vonden ze dertien systemen waarin de onzichtbare metgezel zwaarder lijkt dan 1,4 zonsmassa's (1,4 keer de massa van onze zon). Dat is ongeveer de grens waarboven een object te zwaar wordt om een gewone witte dwerg te zijn, een uitgebrande sterrenrest.
Drie van deze dertien systemen springen eruit: daar lijkt de metgezel zelfs zwaarder dan 2,1 zonsmassa's. Dat is zo zwaar, dat het moeilijk te verklaren is als gewone ster. De onderzoekers ontwikkelden speciaal voor dit onderzoek een nieuwe rekenmethode, die ze de Astrometric Mass-Ratio Function noemen, om dit soort gevallen te herkennen. Met die methode vergeleken ze de drie systemen met modellen van hoe sterren in die specifieke hoop er op die leeftijd uit zouden moeten zien. De metgezel past niet bij een gewone ster, en ook niet bij twee sterren die te dicht bij elkaar staan om ze apart te zien.
Om hun methode te testen, vergeleken de onderzoekers een deel van hun resultaten met een andere meettechniek: de dopplerverschuiving van licht, waarmee je de snelheid van een ster langs de gezichtslijn meet. Die twee methodes kwamen grotendeels overeen, wat vertrouwen geeft dat de aanpak werkt.
Wat betekent dit (nog) niet: Deze dertien systemen zijn kandidaten, geen bevestigde zwarte gaten of neutronensterren. De onderzoekers zelf noemen ze expliciet "onbevestigd" en roepen op tot verder onderzoek, zoals herhaalde metingen met andere telescopen en scherpere beelden. Het kan dus nog zijn dat één of meerdere van deze metgezellen toch een gewone ster blijkt te zijn, bijvoorbeeld een nauwe dubbelster die we nog niet goed kunnen onderscheiden.
Waarom is dit belangrijk? Zwarte gaten in jonge sterrenhopen zijn nog nooit met zekerheid aangetoond. Als een van deze drie kandidaten bevestigd wordt, zou dat de eerste keer zijn. Dat zou veel vertellen over hoe zware sterren sterven en hoe zwarte gaten zich gedragen binnen een drukke groep sterren. Voorlopig is dit een lijst met veelbelovende plekken om verder te onderzoeken, met telescopen die scherper kunnen kijken dan Gaia, en met herhaalde metingen over langere tijd.
Bron: High-Priority Compact-Object Candidates in Young Clusters from the Gaia DR3 Non-Single-Star Catalog