Twee van de meest massieve, soulvolle sterren die ooit zijn gevonden, zullen uiteindelijk als zwarte gaten botsen, zo blijkt uit onderzoek

Twee massieve sterren die elkaar raken in een naburig sterrenstelsel zijn op weg om zwarte gaten te worden die uiteindelijk met elkaar zullen botsen en rimpelingen door het weefsel van ruimte-tijd zullen sturen, volgens een nieuwe studie door onderzoekers van UCL (University College London) en Potsdam Universiteit. .

De studie, geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Astronomie en astrofysicaobserveerde een bekende dubbelster (twee sterren die rond een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien), waarbij sterlicht werd geanalyseerd dat werd verkregen van een verscheidenheid aan telescopen op de grond en in de ruimte.

De onderzoekers ontdekten dat de sterren, gelegen in een naburig dwergstelsel genaamd de Kleine Magelhaense Wolk, gedeeltelijk contact hebben en materiaal met elkaar uitwisselen, waarbij de ene ster zich momenteel voedt met de andere. Ze draaien om de drie dagen om elkaar heen en zijn de meest massieve contactsterren (bekend als contactdubbelsterren) die tot nu toe zijn waargenomen.

Door de resultaten van hun waarnemingen te vergelijken met theoretische modellen van de evolutie van dubbelsterren, ontdekten ze dat, in het best passende model, de ster waar hij zich momenteel mee voedt een zwart gat zal worden en zich zal voeden met zijn begeleidende ster. De overlevende ster zal kort daarna een zwart gat worden.

Deze zwarte gaten zullen zich in slechts een paar miljoen jaar vormen, maar dan zullen ze miljarden jaren om elkaar heen cirkelen voordat ze met zo’n kracht botsen dat ze zwaartekrachtgolven zullen genereren, rimpelingen in het weefsel van ruimtetijd, die theoretisch zouden kunnen worden gedetecteerd. instrumenten op aarde.

Arts. Student Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), hoofdauteur van de studie, zei: “Dankzij de zwaartekrachtgolfdetectoren Virgo en LIGO zijn de afgelopen jaren tientallen samensmeltingen van zwarte gaten gedetecteerd. Maar tot nu toe moeten we nog sterren observeren. waarvan wordt voorspeld dat ze instorten tot zwarte gaten van deze omvang en samensmelten op een tijdschaal die korter is dan of zelfs vergelijkbaar is met de leeftijd van het universum.”

“Ons best passende model suggereert dat deze sterren over 18 miljard jaar zullen samensmelten tot zwarte gaten. Het vinden van sterren op dit evolutionaire pad zo dicht bij ons Melkwegstelsel biedt ons een uitstekende gelegenheid om nog meer te leren over hoe ze samensmelten. vormen deze binaries van zwarte gaten.”

Co-auteur Daniel Pauli, Ph.D. student aan de Universiteit van Potsdam, zei: “Deze dubbelster is de meest massieve contact-dubbelster die ooit is waargenomen. De kleinste, helderste en heetste ster, 32 keer de massa van de zon, verliest momenteel massa aan zijn grootste metgezel, die 55 keer de massa van onze zon”.

De zwarte gaten die astronomen vandaag zien samensmelten, zijn miljarden jaren geleden gevormd, toen het universum lagere niveaus van ijzer en andere zwaardere elementen had. Het aandeel van deze zware elementen is toegenomen naarmate het universum ouder is geworden en dit maakt fusies van zwarte gaten minder waarschijnlijk. Dit komt omdat sterren met een hoger aandeel zwaardere elementen sterkere winden hebben en sneller uit elkaar vallen.

De goed bestudeerde Kleine Magelhaense Wolk, zo’n 210.000 lichtjaar van de aarde verwijderd, heeft door een gril van de natuur ongeveer een zevende van de hoeveelheden ijzer en andere zware metalen van ons eigen Melkwegstelsel. In die zin bootst het de omstandigheden van het verre verleden van het universum na. Maar in tegenstelling tot oudere en verder weg gelegen sterrenstelsels, is het dichtbij genoeg voor astronomen om de eigenschappen van individuele en dubbelsterren te meten.

In hun studie hebben de onderzoekers verschillende lichtbanden gemeten die afkomstig zijn van de dubbelster (spectroscopische analyse), met behulp van gegevens die gedurende meerdere tijdsperioden zijn verkregen door instrumenten op NASA’s Hubble Space Telescope (HST) en de Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) in THAT . Very Large Telescope in Chili, naast andere telescopen, met golflengten variërend van ultraviolet tot optisch en nabij-infrarood.

Met deze gegevens kon het team de radiale snelheid van de sterren berekenen, dat wil zeggen de beweging die ze naar ons toe of van ons af maakten, evenals hun massa, helderheid, temperatuur en banen. Vervolgens combineerden ze deze parameters met het best passende evolutionaire model.

Hun spectroscopische analyse gaf aan dat een groot deel van de buitenste omhulling van de kleinere ster was weggenomen door zijn grotere metgezel. Ze namen ook waar dat de straal van beide sterren hun Roche-lob overschreed, dat wil zeggen het gebied rond een ster waar materiaal door zwaartekracht aan die ster is gebonden, wat bevestigt dat er materiaal van de kleinere ster overstroomt en wordt overgebracht naar de begeleidende ster.

Sprekend over de toekomstige evolutie van sterren, legde Rickard uit: “De kleinste ster zal eerst een zwart gat worden, in slechts 700.000 jaar, hetzij door een spectaculaire explosie die een supernova wordt genoemd, of hij kan zo massief zijn dat hij ineenstort tot een zwart gat. zonder naar buiten te exploderen”.

“Ze zullen ongeveer drie miljoen jaar lang ongemakkelijke buren zijn voordat het eerste zwarte gat massa begint te verzamelen van zijn partner en wraak neemt op zijn partner.”

Pauli, die het modelleringswerk uitvoerde, voegde eraan toe: “Na slechts 200.000 jaar, een moment in astronomische termen, zal de begeleidende ster ook ineenstorten tot een zwart gat. Deze twee massieve sterren zullen om elkaar heen blijven draaien, rond en rond blijven draaien. om de paar dagen gedurende miljarden jaren.

“Ze zullen deze orbitale energie geleidelijk verliezen door de emissie van zwaartekrachtgolven totdat ze om de paar seconden in een baan om elkaar heen draaien en uiteindelijk in 18 miljard jaar samensmelten met een enorme vrijgave van energie door zwaartekrachtgolven.”