Hubble ziet een zwart gat dat een vuurstorm van stervorming in een dwergstelsel ontsteekt

Dwergstelsel Henize 2-10 blijft een grote impact maken en tart de verwachtingen van astronomen.

Zwarte gaten worden vaak beschreven als de monsters van het universum: ze verscheuren sterren, consumeren alles wat te dichtbij komt en houden licht gevangen. Gedetailleerd bewijs van NASA’s Hubble Ruimtetelescooptoont echter een zwart gat in een nieuw licht: stervorming bevorderen in plaats van onderdrukken. Hubble-beeldvorming en spectroscopie van het dwergsterrenstelsel Henize 2-10 laten duidelijk een gasuitstroom zien die zich uitstrekt van het zwarte gat naar een helder stergeboortegebied als een navelstreng, waardoor de toch al dichte wolk ertoe wordt aangezet om clusters van sterren te vormen. Astronomen hebben eerder gedebatteerd dat een dwergstelsel een zwart gat zou kunnen hebben dat analoog is aan de superzware zwarte gaten in grotere sterrenstelsels. Verdere studie van dwergstelsels, die in de loop van de kosmische tijd klein zijn gebleven, kan licht werpen op de vraag hoe de eerste zaden van superzware zwarte gaten zich vormden en evolueerden gedurende de geschiedenis van het universum.

Hubble-beeldvorming en spectroscopie van het dwergsterrenstelsel Henize 2-10 laten duidelijk een gasuitstroom zien die zich uitstrekt van het zwarte gat naar een helder stergeboortegebied als een navelstreng, waardoor de toch al dichte wolk ertoe wordt aangezet om clusters van sterren te vormen. Krediet: NASA’s Goddard Space Flight Center; Hoofdproducent: Paul Morris

Vaak afgebeeld als destructieve monsters die licht gevangen houden, spelen zwarte gaten een minder gemene rol in het laatste onderzoek van NASA’s Hubble Space Telescope. Een zwart gat in het hart van het dwergstelsel Henize 2-10 creëert sterren in plaats van ze op te slokken. Het zwarte gat draagt ​​blijkbaar bij aan de vuurstorm van nieuwe stervorming die plaatsvindt in de melkweg. Het dwergstelsel bevindt zich op 30 miljoen lichtjaar afstand, in het zuidelijke sterrenbeeld Pyxis.

Een decennium geleden dit kleine sterrenstelsel set uit debat Onder astronomen vroegen zich af of dwergstelsels zwarte gaten herbergen die evenredig zijn aan de superzware kolossen die in de harten van grotere sterrenstelsels worden aangetroffen. Deze nieuwe ontdekking heeft de kleine Henize 2-10, met slechts een tiende van het aantal sterren gevonden in onze Melkweg, klaar om een ​​grote rol te spelen bij het oplossen van het mysterie van waar superzware zwarte gaten in de eerste plaats vandaan kwamen.

“Tien jaar geleden, toen ik als afgestudeerde student dacht dat ik mijn carrière zou besteden aan stervorming, keek ik naar de gegevens van Henize 2-10 en alles veranderde”, zei Amy Reines, die de eerste bewijs voor een zwart gat in de melkweg in 2011 en is de hoofdonderzoeker van de nieuwe Hubble-waarnemingen, gepubliceerd in het nummer van 19 januari van Natuur.

Een terugtrekking van het centrale gebied van het dwerg-starburststelsel Henize 2-10 traceert een uitstroom of brug van heet gas met een lengte van 230 lichtjaar, die het massieve zwarte gat van het sterrenstelsel verbindt met een stervormingsgebied. Hubble-gegevens over de snelheid van de uitstroom uit het zwarte gat, evenals de leeftijd van de jonge sterren, wijzen op een oorzakelijk verband tussen de twee. Een paar miljoen jaar geleden sloeg de uitstroom van heet gas tegen de dichte wolk van een stellaire kraamkamer en verspreidde zich, als water uit een slang die op een berg aarde botste. Nu zijn clusters van jonge sterren loodrecht op de uitstroom uitgelijnd, waardoor het pad van zijn verspreiding wordt onthuld. Krediet: NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI); Beeldverwerking: Alyssa Pagan (STScI)

“Vanaf het begin wist ik dat er iets ongewoons en bijzonders aan de hand was in Henize 2-10, en nu heeft Hubble een heel duidelijk beeld gegeven van de verbinding tussen het zwarte gat en een stervormingsgebied op 230 lichtjaar van het zwarte gat, ‘, aldus Rein.

Die verbinding is een uitstroom van gas die zich door de ruimte uitstrekt als een navelstreng naar een heldere sterrenkraamkamer. De regio was al de thuisbasis van een dichte cocon van gas toen de uitstroom met lage snelheid arriveerde. Hubble-spectroscopie toont aan dat de uitstroom ongeveer 1 miljoen mijl per uur bewoog, en in het dichte gas sloeg als een tuinslang die een hoop aarde raakt en zich uitbreidt. Pasgeboren sterrenhopen stippelen het pad van de verspreiding van de uitstroom, hun leeftijd ook berekend door Hubble.

Dit is het tegenovergestelde effect van wat we zien in grotere sterrenstelsels, waar materiaal dat in de richting van het zwarte gat valt, wordt weggevaagd door omringende magnetische velden, waardoor laaiende stralen van plasma bewegen met bijna de snelheid van het licht. Gaswolken die in het pad van de jets worden gevangen, zouden ver boven hun vermogen worden verwarmd om af te koelen en sterren te vormen. Maar met het minder massieve zwarte gat in Henize 2-10, en zijn zachtere uitstroom, werd gas net genoeg gecomprimeerd om nieuwe stervorming neer te slaan.

“Op slechts 30 miljoen lichtjaar afstand is Henize 2-10 zo dichtbij dat Hubble zowel beelden als spectroscopisch bewijs van de uitstroom van een zwart gat heel duidelijk kon vastleggen. De extra verrassing was dat, in plaats van de stervorming te onderdrukken, de uitstroom de geboorte van nieuwe sterren veroorzaakte”, zegt Zachary Schutte, Reines’ afgestudeerde student en hoofdauteur van de nieuwe studie.

Sinds haar eerste ontdekking van onderscheidend radio- en röntgenfoto emissies in Henize 2-10, dacht Reines dat ze waarschijnlijk afkomstig waren van een enorm zwart gat, maar niet zo superzwaar als die in grotere sterrenstelsels. Andere astronomen dachten echter dat de straling waarschijnlijker werd uitgezonden door een supernovarest, wat een bekend verschijnsel zou zijn in een melkwegstelsel dat snel massieve sterren wegpompt die snel exploderen.

“De verbazingwekkende resolutie van Hubble toont duidelijk een kurkentrekkerachtig patroon in de snelheden van het gas, dat we kunnen aanpassen aan het model van een voorafgaande of wiebelende uitstroom uit een zwart gat. Een supernovarest zou dat patroon niet hebben, en dus is het in feite ons bewijs dat dit een zwart gat is, “zei Reines.

Reines verwacht dat er in de toekomst nog meer onderzoek zal worden gedaan naar zwarte gaten van dwergsterrenstelsels, met als doel deze te gebruiken als aanwijzingen voor het mysterie van hoe superzware zwarte gaten in het vroege heelal zijn ontstaan. Het is een hardnekkige puzzel voor astronomen. De relatie tussen de massa van de melkweg en zijn zwarte gat kan aanwijzingen opleveren. Het zwarte gat in Henize 2-10 is ongeveer 1 miljoen zonsmassa’s. In grotere sterrenstelsels kunnen zwarte gaten meer dan 1 miljard keer de massa van onze zon zijn. Hoe massiever het gaststelsel, hoe massiever het centrale zwarte gat.

De huidige theorieën over de oorsprong van superzware zwarte gaten vallen uiteen in drie categorieën: 1) ze vormden zich net als kleinere zwarte gaten met een stellaire massa, door de implosie van sterren, en verzamelden op de een of andere manier genoeg materiaal om superzwaar te worden, 2) speciale omstandigheden in de vroege universum maakte de vorming van superzware sterren mogelijk, die instortten en meteen massieve “zaden” van zwart gat vormden, of 3) de zaden van toekomstige superzware zwarte gaten werden geboren in dichte sterclusters, waar de totale massa van het cluster voldoende zou zijn geweest om ze op de een of andere manier te creëren uit de ineenstorting van de zwaartekracht.

Tot nu toe heeft geen van deze theorieën over het zaaien van zwarte gaten het voortouw genomen. Dwergstelsels zoals Henize 2-10 bieden potentieel veelbelovende aanwijzingen, omdat ze in kosmische tijd klein zijn gebleven, in plaats van de groei en samensmelting van grote sterrenstelsels zoals de Melkweg te ondergaan. Astronomen denken dat zwarte gaten van dwergsterrenstelsels kunnen dienen als analoog voor zwarte gaten in het vroege heelal, toen ze zich net begonnen te vormen en te groeien.

“Het tijdperk van de eerste zwarte gaten is niet iets dat we hebben kunnen zien, dus het is echt de grote vraag geworden: waar komen ze vandaan? Dwergstelsels kunnen enige herinnering aan het scenario voor het zaaien van zwarte gaten bevatten dat anders verloren zou zijn gegaan in tijd en ruimte, “zei Reines.

Referentie: “Door zwarte gaten geactiveerde stervorming in het dwergstelsel Henize 2-10” door Zachary Schutte en Amy E. Reines, 19 januari 2022, Natuur.
DOI: 10.1038/s41586-021-04215-6

De Hubble Space Telescope is een project van internationale samenwerking tussen NASA en ESA (European Space Agency). NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de telescoop. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert Hubble-wetenschappelijke operaties uit. STScI wordt voor NASA beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, DC