Det nyfunna svarta hålet gömde sig i NGC 1850. En massiv öppen stjärnhop med tusentals medlemmar på 160 000 ljusårs avstånd i Stora Magellanska molnet. Det är en av Vintergatans satellitgalaxer.
“Likt Sherlock Holmes som söker kriminella med hjälp av deras efterlämnade spår tittade vi noggrant på varje enskild stjärna i denna hop för att försöka hitta spår av ett osynligt svart hål” säger Sara Saracino. Hon arbetar på Astrophysics Research Institute vid Liverpool John Moores University i Storbritannien. Hon var den som ledde forskningsprojektet vars resultat nu publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Nu när vi har hittat en misstänkt med denna metod är möjligheterna öppna att hitta många fler, i andra hopar”.
datorframställda bild visar det unga svarta hålet, som är 11 gånger mer massivt än solen, och den 5 solmassor tunga stjärna som kretsar kring det. Källa:ESO/M. Kornmesser
Svarta hål hittas på nytt sätt
Det första svarta hålet som hittats på detta sätt är omkring 11 gånger mer massivt än solen. Det avgörande beviset i sökandet var dess gravitationella påverkan på en stjärna med fem solmassor. Stjärnan kretsar i en bana runt det svarta hålet.
Astronomer har tidigare hittat små svarta hål av detta slag med stjärnlika massor i andra galaxer. Detta genom att studera den röntgenstrålning som sänds ut då de drar till sig materia. Eller från de gravitationsvågor som uppstår då svarta hål kolliderar med varandra eller med en neutronstjärna.
Men de allra flesta svarta hål avslöjar inte sin närvaro genom röntgen- eller gravitationsstrålning. “Den stora merparten kan bara upptäckas dynamiskt” säger Stefan Dreizler, en medlem i forskarlaget vid Göttingens universitet i Tyskland. “När de samverkar gravitationellt med en stjärna kommer de att påverka dess bana, vilket kan detekteras med känsliga instrument”.
Den dynamiska detektionsmetod som användes av Saracino och hennes forskarlag kan bana väg för att hitta många fler svarta hål och undersöka deras egenskaper. “Varje enskild detektion vi kan göra bidrar till vår kunskap om stjärnhopar och de svarta hål som gömmer sig i dem” säger Mark Gieles vid Barcelonas universitet. Han är en av medförfattarna till studien.
Svart hål i ung stjärnhop
Upptäckten i NGC 1850 är den första där ett svart hål har hittats i en ung stjärnhop. Dess ålder är bara 100 miljoner år. Genom att jämföra unga svarta hål av detta slag med större och äldre svarta hål i gamla stjärnhopar kan astronomerna få en inblick i hur dessa objekt växer. Detta gör de genom att livnära sig på stjärnor eller smälta samman med andra svarta hål. Med större kunskap om “demografin” för svarta hål i stjärnhopar kan också förståelsen för källorna till gravitationsvågor förbättras.
“Svarta hål av denna storlek bildas när massiva stjärnor dör, och stjärnor av denna typ spelar en betydande roll för galaxers tidiga utveckling och bildningen av de flesta grundämnen. Studier av svarta hål som detta kan därför ge oss mer kunskap om massiva stjärnors livscykel” säger Chris Usher, astronom vid Stockholms universitet; Han är också medförfattare till studien. “Eftersom detta svarta hål befinner sig i en stjärnhop vet vi betydligt mer om det än normalt, bland annat dess ålder, vilket gör det lättare att förstå vilken typ av stjärna det bildades ur.”
Multi Unit Spectroscopic Explorer
Forskarlaget samlade data under två års tid med MUSE-instrumentet (Multi Unit Spectroscopic Explorer) på ESO:s VLT som är belägen i Chiles Atacamaöken. “Med MUSE kunde vi observera mycket stjärntäta områden, som de inre regionerna i stjärnhopar, och analysera alla stjärnor i närheten. Vi erhöll information om ett tusental stjärnor vid varje observation vilket ör åtminstone tio gånger fler än med något annat instrument” säger medförfattaren Sebastian Kamann, en erfaren MUSE-användare vid Astrophysics Research Institute i Liverpool.
Det gjorde det möjligt för forskarna att upptäcka en underlig stjärna. En stjärna vars rörelse indikerade förekomsten av ett svart hål. Data från Warsawauniversitetets Optical Gravitational Lensing Experiment och NASA/ESA:s Hubbleteleskop gjorde det möjligt att bestämma det svarta hålets massa. Det kunde också bekräfta upptäckten.