Omtrent 16 000 lysår fra Jorden ligger en sfærisk globus av millioner av stjerner som dateres tilbake til de første årene av universet. Denne tette klyngen, kalt 47 Tucanae, har en radius på rundt 200 lysår og er en av de lyseste klyngene på vår nattehimmel. Inne i 47 Tucanae har intense gravitasjonskrefter sortert stjerner over tid, presset mindre tette stjerner til utsiden og skapt en veldig tett indre kjerne som motstår utenfor gransking.
Relatert innhold
- Kunne du krasjet inn i et svart hull?
- Forskere hører to enda flere eldgamle svarte hull kolliderer
- Supermassive sorte hull kan være mer vanlig enn tidligere tenkt
- Gamle, tette stjerneklynger kan være stedet å lete etter et komplekst fremmed liv
"Å studere kuleklynger er notorisk utfordrende, " sier Bülent Kiziltan, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Det er så mange stjerner pakket ved siden av hverandre, sier han, at det er nesten umulig å fange stråling fra midten av en. Så mens forskere lenge har mistenkt at 47 Tucanae kan inneholde et svart hull i sentrum, som mange andre kuleklynger ser ut til, har de ikke klart å bevise det.
Nå, i en studie publisert i tidsskriftet Nature, har Kiziltan og hans kolleger hjulpet kikk inn i hjertet av 47 Tucanae for å finne den første av en ny klasse av mellomstore sorte hull.
Til tross for navnet sitt, er ikke sorte hull så svarte, sier Kiziltan. Når de river fra seg stjerner som er uheldige nok til å vandre inn i trekningen deres, sier han, danner de en disk med lyse, varme gasser rundt seg kjent som en akkresjonsskive. Sorte hull lar ikke noe synlig lys slippe ut, men de avgir vanligvis røntgenstråler når de forbruker disse gassene. 47 Tucanae er imidlertid så tette at den ikke har noen gasser igjen i sentrum for at det sorte hullet skal konsumere.
Kiziltan brukte ekspertisen sin til en annen sære romtype - pulsarer - for å prøve en ny måte å oppdage disse unnvikende sortene sorte hull.
Pulsars "gir oss en plattform som vi kan bruke til å studere veldig små endringer i miljøet, " sier Kiziltan. Disse stjernene, som avgir "pulser av stråling med veldig regelmessige intervaller, kan brukes som referansepunkter for å kartlegge kosmiske formasjoner, inkludert kuleklynger; Kiziltan likner dem med "kosmiske atomur."
Med to dusin pulsarer på kantene av 47 Tucanae som guider, var Kiziltan og teamet hans i stand til å bygge simuleringer av hvordan den kuleklyngen utviklet seg over tid, og spesielt hvordan de tettere og mindre tette stjernene sorterte seg inn i dagens posisjon.
Disse simuleringene var store forpliktelser, sier Kiziltan, og som krever omtrent seks til ni måneder å fullføre selv på ekstremt kraftige datamaskiner. Derfor var han ikke begeistret, sier han, da anmeldere hos Nature ba om ytterligere simuleringer som endte opp med å ta enda et år å fullføre.
Men den innsatsen var verdt det, sier Kiziltan, fordi det førte til noe enestående: den første oppdagelsen av et svart hull inne i en kuleklynge. Etter å ha kjørt hundrevis av simuleringer, sier han, var det eneste mulige scenariet som kan føre til utviklingen av dagens 47 Tucanae, et svart hull i den globale klyngens tette, gassfrie sentrum. Dette tidligere ubesatte miljøet for et svart hull åpner for nye steder å lete etter dem, sier Kiziltan.
"Man kan bare forestille seg hva som lurer i sentrum av andre globale klynger, " sier Kiziltan.
Det som også er spennende, konstaterer Kiziltan, er størrelsen på det sorte hullet som simuleringene hans spådde. Så langt har forskere stort sett funnet små sorte hull (de som er omtrent på størrelse med stjernene som kollapset for å danne dem) og supermassive sorte hull (de tusenvis av ganger større enn solen vår). Mellomstore sorte hull har for det meste unnslått forskere - men ikke på grunn av manglende forsøk.
Det sorte hullet som ble spådd i sentrum av 47 Tucanae, faller innenfor denne sjeldne mellomgrunnen, sier Kiziltan. Ytterligere studier av dette potensielle sorte hullet kan gi ny innsikt i hvordan og hvorfor disse stort sett ukjente typen sorte hull dannes.
Kanskje enda viktigere enn funnene i seg selv er hvordan Kiziltan og teamet hans ankom dem. Kiziltan og hans samarbeidspartnere benyttet seg av en matematisk teori som ble utviklet på 1950-tallet av to amerikanske kryptografer for å kartlegge sannsynlige fordelinger av stjerner i 47 Tucanae. "De utviklet denne matematiske metoden for å brette sammen ufullstendig informasjon for å se det større bildet, " sier Kiziltan.
Kiziltan jobber med å avgrense den nye tilnærmingen og bruker denne nye metoden for å se på andre populasjoner av stjerner for tidligere usettede sorte hull. Kraftige nye vitenskapelige datamaskiner og andre instrumenter som vil komme på nett de kommende årene vil hjelpe med denne søken, sier han.
"Vi har gjort mange ting for første gang i dette arbeidet, " sier Kiziltan. Samtidig er det fremdeles så mange ting som må gjøres.
