Cirka 16.000 lysår fra Jorden ligger en sfærisk globus af millioner af stjerner, der dateres tilbage til universets første år. Denne tætte klynge, kaldet 47 Tucanae, har en radius på omkring 200 lysår og er en af de lyseste klynger i vores nattehimmel. Inde i 47 Tucanae har intense tyngdekræfter sorteret stjerner over tid, skubbet mindre tætte stjerner til ydersiden og skabt en meget tæt indre kerne, der modstår uden for kontrol.
Relateret indhold
- Kunne du gå ned i et sort hul?
- Forskere hører to endnu flere gamle sorte huller kolliderer
- Supermassive sorte huller kan være mere almindelige end tidligere tænkt
- Gamle, tætte stjerneklynger kan være stedet at lede efter komplekst fremmed liv
"At studere globulære klynger er notorisk udfordrende, " siger Bülent Kiziltan, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Der er så mange stjerner pakket ved siden af hinanden, siger han, at det er næsten umuligt at fange stråling fra midten af en. Mens forskere længe har mistænkt for, at 47 Tucanae muligvis indeholdt et sort hul i midten, som mange andre kugleformede klynger synes, har de ikke været i stand til at bevise det.
I en undersøgelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature i går, har Kiziltan og hans kolleger hjulpet kigge ind i hjertet af 47 Tucanae med at finde den første i en ny klasse af mellemstore sorte huller.
På trods af deres navn er sorte huller faktisk ikke så sorte, siger Kiziltan. Når de river stjerner, der er uheldige nok til at vandre i deres træk, siger han, danner de en disk med lyse, varme gasser omkring dem, kendt som en akkretionsskive. Sorte huller lader ikke synligt lys slippe ud, men de udsender normalt røntgenstråler, når de forbruger disse gasser. Imidlertid er 47 Tucanae så tæt, at det ikke har nogen gasser tilbage i midten for det sorte hul at forbruge.
Kiziltan brugte sin ekspertise inden for en anden finurlig type rumobjekt - pulsarer - til at prøve en ny måde at opdage disse undvigende slags sorte huller på.
Pulsars "giver os en platform, som vi kan bruge til at studere meget små ændringer i miljøet, " siger Kiziltan. Disse stjerner, der udsender "pulser" af stråling med meget regelmæssige intervaller, kan bruges som referencepunkter til at kortlægge kosmiske formationer, inklusive kugleformede klynger; Kiziltan sammenlignes dem med "kosmiske atomur."
Med to dusin pulsarer på kanterne af 47 Tucanae som guider var Kiziltan og hans team i stand til at opbygge simuleringer af, hvordan den kugleformede klynge udviklede sig over tid, og især hvordan de tættere og mindre tætte stjerner sorterede sig i deres nutidige positioner.
Disse simuleringer var massive virksomheder, siger Kiziltan, og krævede ca. seks til ni måneder at gennemføre selv på ekstremt kraftige computere. Derfor var han ikke begejstret, siger han, da anmeldere hos Nature bad om yderligere simuleringer, som endte med at tage endnu et år at gennemføre.
Men denne indsats var det værd, siger Kiziltan, fordi det førte til noget hidtil uset: den første opdagelse af et sort hul inde i en kugleformet klynge. Efter at have kørt hundreder af simuleringer, siger han, var det eneste mulige scenarie, der kunne føre til udviklingen af dagens 47 Tucanae, et sort hul i den globale klyngs tætte, gasfrie center. Dette tidligere uovervejede miljø for et sort hul åbner nye steder at se efter dem, siger Kiziltan.
”Man kan kun forestille sig, hvad der lurer i centre for andre globale klynger, ” siger Kiziltan.
Hvad der også er spændende, bemærker Kiziltan, er størrelsen på det sorte hul, som hans simuleringer forudsagde. Indtil videre har forskere for det meste fundet små sorte huller (dem, der er omtrent størrelsen på stjernerne, der kollapset for at danne dem) og supermassive sorte huller (de tusinder af gange større end vores sol). Mellemstore sorte huller har for det meste undgået videnskabsfolk - dog ikke på grund af manglende forsøg.
Det sorte hul, der er forudsagt i midten af 47 Tucanae, falder inden for denne sjældne mellemgrund, siger Kiziltan. Yderligere undersøgelse af dette potentielle sorte hul kunne give ny indsigt i, hvordan og hvorfor disse stort set ukendte type sorte huller dannes.
Måske endnu vigtigere end opdagelserne i sig selv er, hvordan Kiziltan og hans team ankom dem. Kiziltan og hans samarbejdspartnere brugte en matematisk teori, der blev udviklet i 1950'erne af to amerikanske kryptografer for at hjælpe med at kortlægge de sandsynlige fordelinger af stjerner i 47 Tucanae. "De udviklede denne matematiske metode til at dele ufuldstændige oplysninger sammen for at se det større billede, " siger Kiziltan.
Kiziltan arbejder på at forfine deres nye tilgang og bruge denne nye metode til at se på andre populationer af stjerner for tidligere usete sorte huller. Kraftfulde nye videnskabelige computere og andre instrumenter, der vil gå online i de kommende år vil hjælpe med denne søgen, siger han.
"Vi har gjort mange ting for første gang i dette arbejde, " siger Kiziltan. Samtidig “er der stadig så mange ting, der skal gøres.”
