Superzware zwarte gaten zijn vraatzuchtig. Klonten stof en gas worden vaak verstoord door turbulentie en straling als ze te dichtbij worden getrokken. Waarom draaien sommigen van hen dan rond de rand van het superzware monster van de Melkweg, Sgr A*? Misschien verbergen deze mysterieuze plekken iets.
Na analyse van waarnemingen van de stoffige objecten heeft een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van astrofysicus Florian Peißker van de Universiteit van Keulen, deze clusters geïdentificeerd als potentiële havens van jonge stellaire objecten (YSO’s), gehuld in een waas van gas en stof. Nog vreemder is dat deze kleine sterren jonger zijn dan de ongewoon jonge en heldere sterrenhoop waarvan al bekend is dat ze in een baan om Sgr A* draait, beter bekend als S-sterren.
Het is ongebruikelijk dat beide groepen zo dicht bij elkaar in een baan rond elkaar draaien, omdat wordt verwacht dat sterren die rond superzware zwarte gaten draaien, zwak en veel ouder zijn. Peißker en zijn collega’s “verwerpen het populaire idee dat zij classificeren [these] objecten als kernloze wolken in het hoogenergetische stralingsveld van het superzware zwarte gat Sgr A*”, zeggen ze in een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics.
Meer dan ruimtestof
Om erachter te komen wat de objecten in de buurt van Sgr A* zouden kunnen zijn, moesten de onderzoekers dingen uitsluiten die dat niet waren. Ingebed in omhulsels van gas en stof handhaven ze bijzonder hoge temperaturen, verdampen ze niet gemakkelijk en draaien ze allemaal op eigen kracht rond het superzware zwarte gat.
De onderzoekers bepaalden hun chemische eigenschappen op basis van de fotonen die ze uitzonden, en hun emissies in het midden- en nabij-infrarood kwamen overeen met de emissies van de sterren. Ze gebruikten een van hen, het G2/DSO-object, als casestudy om hun ideeën over wat deze objecten zouden kunnen zijn, te testen. De hoge helderheid en bijzonder sterke uitstraling van dit object maken het het gemakkelijkst te bestuderen. De massa is ook vergelijkbaar met de massa van bekende sterren met een lage massa.
YSO’s zijn sterren met een lage massa die het protosterstadium zijn ontgroeid, maar zich nog niet hebben ontwikkeld tot hoofdreekssterren, met kernen die waterstof tot helium samensmelten. Deze objecten lijken op YSO-kandidaten omdat het onmogelijk klonten gas en ruimtestof kunnen zijn. Gaswolken zonder voorwerpen die ze via de zwaartekracht bij elkaar houden, zouden niet lang kunnen overleven zo dicht bij een superzwaar zwart gat. De intense hitte zorgt ervoor dat het gas en het stof vrij snel verdampen, waarbij de door hitte opgewekte deeltjes tegen elkaar botsen en de ruimte in vliegen.
Het team concludeerde dat een wolk van vergelijkbare grootte als G2/DSO binnen ongeveer zeven jaar zal verdampen. Een ster die op dezelfde afstand van een superzwaar zwart gat draait, zou lang niet zo snel worden vernietigd vanwege zijn veel grotere dichtheid en massa.
Een andere klasse objecten waar stofdeeltjes hypothetisch toe zouden kunnen behoren – maar dat niet zijn – is de compacte planetaire nevel, oftewel CPN. Deze nevels zijn de uitgezette buitenste gasomhulsels van kleine tot middelgrote sterren die in hun laatste doodsstrijd verkeren. Hoewel CPN’s enkele kenmerken gemeen hebben met sterren, zou de zwaartekracht van een superzwaar zwart gat gemakkelijk hun gasvormige omhulsels kunnen scheiden en uit elkaar scheuren.
Ook is het onwaarschijnlijk dat YSO’s dubbelsterren zijn, hoewel de meeste sterren in dubbelsterren ontstaan. De hoge temperaturen en turbulentie van SGR A* zouden er waarschijnlijk voor zorgen dat sterren die ooit deel uitmaakten van binaire systemen, migreren.
Zie de sterren
Verdere waarnemingen hebben uitgewezen dat sommige van de met stof bedekte objecten ontluikende sterren zijn, terwijl van andere wordt gedacht dat het om een bepaald type sterren gaat, maar ze zijn nog niet definitief geïdentificeerd.
De eigenschappen die G2/DSO tot een uitzonderlijke case study maakten, zijn ook de reden waarom het werd geïdentificeerd als een YSO. D2 is een ander helder object, ongeveer zo massief als een ster met een lage massa, dat gemakkelijk te zien is in het nabij- en midden-infrarood. D3 en D23 hebben ook vergelijkbare eigenschappen. Dit zijn de plekken nabij het zwarte gat waarvan onderzoekers denken dat het hoogstwaarschijnlijk YSO’s zijn.
Er zijn nog andere kandidaten die verdere analyse vereisen. Deze omvatten aanvullende objecten die al dan niet YSO’s zijn, maar nog steeds stellaire kenmerken vertonen: D3.1 en D5, die moeilijk te zien zijn. De mid-infraroodemissies van D9 zijn bijzonder laag in vergelijking met andere kandidaten, maar er wordt nog steeds gedacht dat het een soort ster is, ook al is het misschien geen YSO. Beide objecten X7 en X8 laten een boegschok zien – een schokgolf die het gevolg is van het feit dat de sterrenwind tegen andere sterrenwinden duwt. Het blijft onbekend of deze objecten daadwerkelijk YSO’s zijn.
Waar deze stoffige objecten vandaan komen en hoe ze zijn ontstaan, is momenteel onbekend. De onderzoekers suggereren dat de objecten zich samen vormden in moleculaire wolken die naar het centrum van de melkweg vielen. Ze denken ook dat ze, waar ze ook geboren zijn, naar Sgr A* zijn gemigreerd, en dat alle mensen in dubbelsterren uit elkaar zijn getrokken door de enorme zwaartekracht van het zwarte gat.
Hoewel het onwaarschijnlijk is dat YSO’s en potentiële YSO’s in dezelfde cluster zijn gevormd als iets oudere S-sterren, kunnen ze toch op de een of andere manier verwant zijn. Mogelijk hebben ze soortgelijke reizen van vorming en migratie meegemaakt, en kunnen jongere sterren uiteindelijk hetzelfde stadium bereiken.
‘Speculatief zullen stoffige bronnen evolueren naar S-sterren met een lage massa’, zei het team van Peißker in hetzelfde onderzoek.
Zelfs zwarte gaten zien er beter uit met een ketting van fonkelende diamanten.
Astronomie en astrofysica, 2024. DOI: 10.1051/0004-6361/202449729