En helt ny klass av svarta hål lurer kanske i universum, och dessa kan vara mycket tyngre än vad forskare har funnit tidigare, enligt nya fynd.
Svarta hål är enorma himmelsföremål som gabbar upp allt som kommer för nära; inte ens ljus kan undkomma ett svart håls intensiva gravitationsgrepp. Sökandet efter svarta hål, små och stora - till exempel de supermassiva som sitter i mitten av de flesta galaxer, inklusive våra egna - hjälper forskare att sammanfatta hur universum fungerar och skapar en berättelse för stjärnor och liv.
Det beror på att svarta hål är liken till det som tidigare var massiva stjärnor som genomgick en explosiv nedgång och i slutändan kollapsade in på sig själva. Den explosiva döden och efterföljande kollaps av stjärnor kan bilda två olika föremål. Om den ursprungliga stjärnan är tillräckligt massiv, kommer denna explosion att ge ett svart hål, men om det inte är det, kommer lik i stället att bilda ett litet, tätt föremål känt som en neutronstjärna.
Astronomer söker vanligtvis efter dessa svarta hål i vår egen galax genom att mäta röntgenstrålar som släpps ut när svarta hål sifonerar material från stjärnor i närheten. I avlägsna galaxer å andra sidan letar forskare efter gravitationsvågor som produceras genom sammanslagning av två svarta hål eller från en kollision av neutronstjärnor.
Men en grupp forskare undrade om det kan finnas relativt svarta hål med låg massa som inte släpper ut de röntgenstrålningssignalerna från andra svarta hål. Sådana hypotetiska svarta hål skulle sannolikt existera i ett binärt system med en annan stjärna, även om de skulle kretsa långt ifrån denna stjärna att de inte skulle äta så mycket från sin stjärna kamrat; som sådana, antog forskarna, skulle dessa små svarta hål inte avge detekterbara röntgenstrålar och så skulle förbli osynliga för astronomer, sa Todd Thompson, professor i astronomi vid Ohio State University och huvudförfattare till studien om nya resultat.
"Vi är ganska säkra på att det måste finnas många, många av dessa svarta hål i binära system med stjärnor där ute i galaxerna, bara för att vi inte har hittat dem eftersom de är svåra att hitta," sa Thompson till Live Science. Men "det är alltid intressant att försöka hitta saker som inte kan ses."
Thompson och hans kollegor letade efter bevis på dessa svarta hål i de föreslagna objektennas stjärnföljare. Forskarna kamade igenom data från Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) som hade information om ljusspektrumet - de olika våglängderna som produceras av ett objekt - från över 100 000 stjärnor i vår galax.
Informationen från denna undersökning avslöjade förändrade spektra, eller våglängder för ljus, från var och en av dessa stjärnor. Om forskarna märkte några förändringar i dessa spektra - en förskjutning mot blåare våglängder eller en övergång till rödare våglängder, till exempel - kan det betyda att en viss stjärna kretsade en osynlig följeslagare. Efter att ha gjort denna analys såg forskarna på ljusförändringarna i en delmängd stjärnor som kunde kretsa runt svarta hål, med hjälp av data från en annan undersökning, All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). De sökte efter stjärnorna som blev ljusare och dimma medan de också var rödskiftande och blåskiftande.
Så upptäckte forskarna ett massivt mörkt föremål som låstes i en gravitationsomfång med en snabbt roterande jätte- stjärna ungefär 10 000 ljusår bort vid vår galax, nära konstellationen Auriga. Forskarna uppskattade att massan hos detta objekt var cirka 3,3 gånger vår sol, för massiv för att vara en neutronstjärna och inte tillräckligt massiv jämfört med något känt svart hål.
Den mest massiva neutronstjärnan som forskarna känner till är 2,1 gånger vår solmassa, medan det minst massiva svarta hålet som är känt är cirka fem till sex gånger vår solmassa, sa Thompson. Men det nyfundna objektets nedre massgräns - den lägsta massan som detta objekt kan vara - är 2,6 gånger massan av vår sol, vilket är vad astronomer tror är den övre gränsen för hur massiva neutronstjärnor teoretiskt kan få. Något mer massivt än så, och neutronstjärnan skulle kollapsa i ett svart hål.
Så detta mörka, mystiska objekt "kan vara den mest massiva neutronstjärna som någonsin har sett", precis vid gränsen efter vilken det inte kan existera, sade Thompson. "Jag skulle faktiskt bli ännu mer upphetsad om det var sant." Men mer än troligt är det det hypotetiska men aldrig tidigare upptäckta relativt svarta hålet med låg massa, tillade han.
Dejan Stojkovic, en kosmolog och professor i fysik vid universitetet vid Buffalo College of Arts and Sciences som inte var inblandad i forskningen, instämde. "Det här är troligtvis ett svart hål," eftersom det är för massivt att vara en neutronstjärna, såvida det inte är någon slags ovanlig stjärna, sa Stojkovic till Live Science. "Upptäckten låter mycket rimligt", men inte oväntat, eftersom astronomer vet att svarta hål med lägre massa finns.
Thompson sa att han ser fram emot framtida upptäckter, till exempel information om lutningen av stjärnans bana runt det mörka föremålet som Europeiska rymdorganisationens Gaia-rymdskepp kan samlas i ett kommande uppdrag. Detta kan hjälpa forskare att mäta massan hos det mörka objektet mer exakt.
Resultaten publicerades i går (31 oktober) i tidskriften Science.
