Astronomer har identifierat det mest massiva stjärniga svarta hålet som hittills upptäckts i Vintergatans galax. Det här svarta hålet upptäcktes i data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag eftersom det ålägger en udda "vibblande" rörelse på den medföljande stjärnan som kretsar runt det. Data från European Southern Observatory's Very Large Telescope (ESO:s VLT) och andra markbaserade observatorier användes för att verifiera massan av det svarta hålet, vilket satte den till imponerande 33 gånger solens.
Stjärniga svarta hål bildas från kollapsen av massiva stjärnor och de som tidigare identifierats i Vintergatan är i genomsnitt cirka 10 gånger så massiva som solen. Till och med det näst mest massiva stjärnhålet som är känt i vår galax, Cygnus X-1, når bara 21 solmassor, vilket gör denna nya observation av 33 solmassor exceptionell.
Anmärkningsvärt nog är detta svarta hål också extremt nära oss – på bara 2 000 ljusår bort i stjärnbilden Aquila är det det näst närmaste kända svarta hålet till jorden. Dubbad Gaia BH3 eller BH3 för kort, hittades den medan teamet granskade Gaia-observationer som förberedelse för en kommande datarelease.
"Ingen förväntade sig att hitta ett svart hål med hög massa som lurar i närheten, oupptäckt än så länge", säger Gaia-samarbetsmedlemmen Pasquale Panuzzo, en astronom vid Observatoire de Paris, en del av Frankrikes National Centre for Scientific Research (CNRS). "Det här är den typen av upptäckt du gör en gång i ditt forskningsliv."
För att bekräfta sin upptäckt använde Gaia-samarbetet data från markbaserade observatorier, inklusive från instrumentet Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) på ESO:s VLT, som ligger i Chiles Atacamaöken. Dessa observationer avslöjade nyckelegenskaper hos följeslagningsstjärnan, som tillsammans med Gaia-data gjorde det möjligt för astronomer att exakt mäta massan av BH3.
Astronomer har hittat liknande massiva svarta hål utanför vår galax (med en annan detekteringsmetod) och har teoretiserat att de kan bildas från kollapsen av stjärnor med väldigt få element som är tyngre än väte och helium i sin kemiska sammansättning. Dessa så kallade metallfattiga stjärnor tros förlora mindre massa under sin livstid och har därför mer material över för att producera svarta hål med hög massa efter deras död. Men bevis som direkt kopplar metallfattiga stjärnor till svarta hål med stora massa har saknats fram till nu.
Stjärnor i par tenderar att ha liknande sammansättningar, vilket betyder att BH3:s följeslagare har viktiga ledtrådar om stjärnan som kollapsade för att bilda detta exceptionella svarta hål. UVES-data visade att följeslagaren var en mycket metallfattig stjärna, vilket tyder på att stjärnan som kollapsade för att bilda BH3 också var metallfattig – precis som förutspått.
Forskningen, ledd av Panuzzo och med titeln "Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry" publiceras i Astronomy &Astrophysics .
"Vi tog det exceptionella steget att publicera det här dokumentet baserat på preliminära data inför den kommande Gaia-releasen på grund av upptäcktens unika natur", säger medförfattaren Elisabetta Caffau, också en Gaia-samarbetsmedlem från CNRS Observatoire de Paris. Att göra data tillgänglig tidigt kommer att låta andra astronomer börja studera detta svarta hål just nu, utan att vänta på den fullständiga datafrigivningen, planerad till tidigast i slutet av 2025.
Ytterligare observationer av detta system kan avslöja mer om dess historia och om själva det svarta hålet. GRAVITY-instrumentet på ESO:s VLT-interferometer kan till exempel hjälpa astronomer att ta reda på om detta svarta hål drar in materia från omgivningen och bättre förstå detta spännande objekt.
Mer information: Upptäckt av ett slumrande 33 svarta hål av solmassa i Gaia-astrometri förutgiven. Astronomi och astrofysik , 2024. aanda.org/10.1051/0004-6361/202449763
Journalinformation: Astronomi och astrofysik
Tillhandahålls av ESO
