Cirka 15, 000 ljusår bort, i en avlägsen spiralarm av Vintergatan, det finns ett svart hål som är ungefär 70 gånger så tungt som solen.

Detta är mycket överraskande för astronomer som mig. Det svarta hålet verkar för stort för att vara produkten av en enda stjärna som kollapsar, vilket ställer frågor till våra teorier om hur svarta hål bildas.

Vårt lag, ledd av professor Jifeng Liu vid National Astronomical Observatories, kinesiska vetenskapsakademin, har döpt till det mystiska objektet LB-1.

Vad är normalt för ett svart hål?

Astronomer uppskattar att vår galax enbart innehåller cirka 100 miljoner svarta hål, skapas när massiva stjärnor har kollapsat under de senaste 13 miljarder åren.

De flesta av dem är inaktiva och osynliga. Ett relativt litet antal suger in gas från en medföljande stjärna i omloppsbana runt dem. Denna gas frigör energi i form av strålning som vi kan se med teleskop (mest röntgenstrålar), ofta åtföljd av vindar och jetstrålar.

Tills för några år sedan, det enda sättet att upptäcka ett potentiellt svart hål var att leta efter dessa röntgenstrålar, kommer från en ljus punktliknande källa.

Cirka två dussin svarta hål i vår galax har identifierats och mätts med denna metod. De är olika storlekar, men alla mellan ungefär fem och 20 gånger så tunga som solen.

Vi antog i allmänhet att detta var den typiska massan för alla svarta hålspopulationer i Vintergatan. Dock, detta kan vara felaktigt; aktiva svarta hål kanske inte är representativa för hela befolkningen.

Nya verktyg ger liv till en gammal idé

För vår sökning efter svarta hål, vi använde en annan teknik.

Vi undersökte himlen med Large sky Area Multi-Object fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) i nordöstra Kina, letar efter ljusa stjärnor som rör sig runt ett osynligt föremål. Detta låter oss upptäcka gravitationseffekten av det svarta hålet, oavsett om någon gas rör sig från stjärnan till dess mörka följeslagare.

Denna teknik föreslogs av den brittiske astronomen John Michell 1783, när han först föreslog existensen av mörker, kompakta stjärnor som kretsar i ett binärt system med en normal stjärna.

Dock, det har blivit praktiskt genomförbart först med den senaste utvecklingen av stora teleskop som låter astronomer övervaka rörelsen hos tusentals stjärnor på en gång.

Hur vi upptäckte LB-1

LB-1 är det första större resultatet av vår sökning med LAMOST. Vi såg en stjärna åtta gånger större än solen, kretsar kring en mörk följeslagare ungefär 70 gånger så tung som solen. Varje bana tog 79 dagar, och paret är ungefär en och en halv gånger så långt från varandra som jorden och solen.

Vi mätte stjärnans rörelse genom små förändringar i frekvensen av ljuset vi upptäckte komma från den, orsakas av ett Dopplerskifte när stjärnan rörde sig mot jorden och bort från den vid olika tidpunkter i sin omloppsbana.

Vi gjorde också detsamma för ett svagt sken från vätgas runt själva det svarta hålet.

Var kom det ifrån?

Hur bildades LB-1? Det är osannolikt att den kom från kollapsen av en enda massiv stjärna:vi tror att vilken stor stjärna som helst skulle förlora mer massa via stjärnvindar innan den kollapsade till ett svart hål.

En möjlighet är att två mindre svarta hål kan ha bildats oberoende av två stjärnor och sedan gått samman (eller så kanske de fortfarande kretsar runt varandra).

Ett annat mer rimligt scenario är att ett "vanligt" stjärnigt svart hål blev uppslukat av en massiv medföljande stjärna. Det svarta hålet skulle då svälja det mesta av värdstjärnan som en getinglarv inuti en larv.

Upptäckten av LB-1 passar bra med de senaste resultaten från LIGO-Virgo gravitationsvågsdetektorer, som fångar de krusningar i rymdtiden som orsakas av att stjärnornas svarta hål i avlägsna galaxer kolliderar.

De svarta hålen som är involverade i sådana kollisioner är också betydligt tyngre (upp till cirka 50 solmassor) än provet av aktiva svarta hål i Vintergatan. Vår direkta iakttagelse av LB-1 bevisar att dessa överviktiga stjärnsvarta hål också finns i vår galax.

Familjen med svarta hål

Astronomer försöker fortfarande att kvantifiera fördelningen av svarta hål över hela deras storlek.

Svarta hål som väger mellan 1, 000 och 100, 000 solar (så kallade svarta hål med mellanmassa) kan vistas i hjärtat av små galaxer eller i stora stjärnhopar. Den rymdbaserade Laser Interferometer Space Antenna (LISA) gravitationsvågsdetektor (planerad för uppskjutning 2034) kommer att försöka fånga deras kollisioner.

Svarta hål som väger en miljon till några miljarder solmassor är redan välkända, i kärnorna i större galaxer och kvasarer, men deras ursprung diskuteras aktivt. Vi är fortfarande långt ifrån en fullständig förståelse av hur svarta hål bildas, växa, och påverka deras miljöer, men vi gör snabba framsteg.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.