211service.com
Det første sorte hul, der nogensinde er opdaget, er mere massivt, end vi troede
En kunstners illustration af Cygnus X-1 sorte hul og stjerne. Internationalt Center for Radioastronomiforskning
Einstein forudsagde først eksistensen af sorte huller, da han i 1916 offentliggjorde sin relativitetsteori, hvor han beskrev, hvordan tyngdekraften former rumtidens struktur. Men astronomer opdagede ikke en før i 1964, omkring 6.070 lysår væk i stjernebilledet Cygnus. Geigertællere, der blev sendt ud i rummet, opdagede kosmiske røntgenstråler, der kom fra en region kaldet Cygnus X-1. (Vi ved nu, at de kosmiske stråler produceres af sorte huller. Dengang var videnskabsmænd uenige om, hvad det var: Stephen Hawking væddede berømt på fysiker Kip Thorne om, at dette signal ikke var fra et sort hul, men han indrømmede i 1990.)
Nu, omkring 57 år senere, har videnskabsmænd erfaret, at det sorte hul ved Cygnus X-1 er meget mere massivt end først antaget - hvilket tvinger os til igen at genoverveje, hvordan sorte huller dannes og udvikler sig. Denne gang blev observationerne taget fra Jordens overflade.
Til en vis grad var resultatet serendipitalt, siger James Miller-Jones fra International Center for Radio Astronomy Research ved Curtin University i Australien, hovedforfatteren af den nye undersøgelse, offentliggjort i Science . Vi havde ikke oprindeligt sat os for at genmåle afstanden og sorte huls masse, men da vi havde analyseret vores data, indså vi deres fulde potentiale.
Sorte huller er objekter så massive, at ikke engang lys, endsige fysisk stof, formodes at undslippe sin tyngdekraft. Alligevel spyr man nogle gange på uforklarlig vis stråler af stråling og ioniseret stof ud i rummet. Miller-Jones og hans team ville undersøge, hvordan stof suges ind i og udstødes fra sorte huller, så de kiggede nærmere på Cygnus X-1.
De observerede det sorte hul i seks dage ved hjælp af Very Long Baseline Array, et netværk af 10 radioteleskoper placeret på tværs af Nordamerika fra Hawaii til Jomfruøerne. Opløsningen er sammenlignelig med, hvad der kræves for at få øje på et 10-centimeters objekt på månen, og det er den samme teknik, som Event Horizon Telescope brugte til at tag det første billede af et sort hul .
Ved at bruge en kombination af målinger, der involverer radiobølger og temperaturer, modellerede holdet de præcise baner for både Cygnus X-1's sorte hul og den massive superkæmpestjerne HDE 226868 (de to objekter kredser om hinanden). At kende hvert objekts kredsløb gjorde det muligt for holdet at ekstrapolere deres masser - i tilfælde af det sorte hul, 21 solmasser, hvilket er omkring 50 % mere end engang troet.
Massen af sorte huller afhænger af nogle få faktorer, især størrelsen af den stjerne, der kollapsede i det sorte hul, og mængden af masse, der eroderer væk i form af stjernevind. Varmere og lysere stjerner har en tendens til at producere mere flygtige stjernevinde, og de har også en tendens til at være tungere. Så jo mere massiv en stjerne er, jo mere tilbøjelig er den til at miste masse via stjernevind før og under dens kollaps, hvilket resulterer i et lettere sort hul.
Men generelt mente forskerne stjernevinde i Mælkevejen var stærke nok til at begrænse massen af sorte huller til højst 15 solmasser, uanset hvor store stjernerne oprindeligt var. De nye resultater ophæver klart disse skøn.
At finde et sort hul, der var betydeligt mere massivt end denne grænse, fortæller os, at vi er nødt til at revidere vores modeller af, hvor meget masse de største stjerner mister i stjernevinde i løbet af deres levetid, siger Miller-Jones. Det kan betyde, at stjernevindene, der bevæger sig gennem Mælkevejen, er mindre kraftige, end vi troede, eller at stjernerne bløder masse på andre måder. Eller det kan betyde, at sorte huller opfører sig på mere uberegnelige måder, end vi er i stand til at forudse.
Holdet planlægger at følge op med flere observationer af Cygnus X-1. Andre instrumenter, såsom det planlagte Square Kilometer Array i Australien og Sydafrika, kunne give bedre udsigt over dette og andre nærliggende sorte huller. Der kan være alt fra 10 millioner til en milliard sorte huller i Mælkevejen, og at studere mindst et par flere af dem kan hjælpe med at opklare dette mysterium.