I stjernebilledet Tvillingerne befinder der sig, omkring 7.000 lysår fra Jorden, et stjernesystem med navnet LB-1. Systemet består af en stjerne, med en masse på omkring ni gange Solens, som på godt 79 dage bevæger sig i en bane rundt om et objekt, der ikke udsender noget lys. Det tyder på, at systemet består af en stjerne og et sort hul.
For få uger siden publicerede et internationalt hold af forskere et opsigtsvækkende studie i tidsskriftet Nature: På baggrund af omfattende observationer af LB-1 konkluderede de, at det sorte hul havde en masse på ikke mindre en 68 solmasser – langt tungere, end man hidtil har troet var muligt i et sådant dobbeltstjernesystem. Hvordan kunne det lade sig gøre?
Sorte huller er sorte, fordi det kræver en vis mængde energi at undslippe tyngdefeltet af ethvert himmellegeme – det være sig en planet, en stjerne, en galakse eller et sort hul. Alle objekter, der har en masse, vil have en tilhørende tilsvarende tyngdekraft. Det betyder, at hvis for eksempel et rumskib eller lys skal kunne undslippe fra overfladen og ud i rummet, så skal det have en vis hastighed – undvigelseshastighed, der afhænger af, hvor stor tyngdekraften er.
En rumraket skal for eksempel have en hastighed på over 40.320 kilometer i timen for at kunne flyve væk fra Jorden. Hvis vi forestiller os, at Jorden blev mindre, uden at massen ændres, vil undvigelseshastigheden vokse. I et sort hul er materialet presset så kraftigt sammen, at undvigelseshastigheden overstiger lysets hastighed på cirka en milliard kilometer i timen. Da intet kan bevæge sig hurtigere end lyset, betyder det, at intet kan undslippe et sort hul: Objektet er blevet usynligt.
Massen af et sort hul bestemmer dets tyngdefelt og dets udstrækning. Et sort hul har ikke en overflade som for eksempel en stjerne eller en planet, men den imaginære sfæriske flade, hvor undvigelseshastigheden er lig med lysets hastighed, kaldes begivenhedshorisonten og er som sådan at betragte som det sorte huls udstrækning. Alt, hvad der foregår bag et sort huls begivenhedshorisont, kan vi ikke se. Et sort hul, der er ti gange tungere end Solen, har en udstrækning på kun cirka 30 kilometer. Hvis Jorden var et sort hul, ville dens begivenhedshorisont ikke fylde mere end en sukkerknald. Hvis vi kunne erstatte Solen med et sort hul, der er nøjagtig lige så tungt som vores stjerne, ville planeterne fortsætte uforandret i deres baner.
På basis af den måde, den store stjerne bevæger sig på i LB-1-systemet, har forskere konkluderet, at den må være del af et dobbelt »stjernesystem«, hvor den anden komponent ikke er en stjerne, men et sort hul.
Læs også om, at vi måske allerede har taget billeder af en ny planet: »Solsystemets niende«
Størstedelen af de meget tunge stjerner, vi kan observere, er dobbeltstjerner. Et sort hul dannes, når en stjerne tungere end omtrent 25 solmasser ender sit liv. I processen vil det meste af stjernens masse blive blæst ud i rummet som en supernova, mens de inderste to til ti solmasser kollapser sammen til et sort hul.
For at bestemme massen af det sorte hul i LB-1 gik et større forskerhold, bestående af 55 forskere, i gang med en længere kampagne, hvor de over en periode på to år observerede systemet. Til deres observationer benyttede de det kinesiske Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), det spanske Gran Telescopio Canarias og det amerikanske W.M. Keck Observatory. Formålet med observationskampagnen var at fastlægge, hvordan stjernen bliver påvirket af sin usynlige ledsager. Holdet indhentede detaljerede data om selve stjernen, men også data om, hvordan synergien i systemet mellem de to objekter er. På den baggrund fastslog de, at stjernens bane om det sorte hul er tæt på at være en perfekt cirkel, og at massen af det sorte hul lod til at være usædvanlig stor. Forskernes observationer indikerede, at det sorte hul havde en masse på ikke mindre end 68 solmasser.
Observationerne, som blev publiceret i Nature den 28. november, skabte straks stor interesse og postyr blandt alverdens astronomer. For hvordan kunne det lade sig gøre, at et dobbeltstjernesystem kunne bestå af et så tungt sort hul? Alle teorier og observationer af andre lignende sorte huller indikerer, at et sort hul af den slags skal have en masse på under cirka ti solmasser. Vi diskuterede alle vidt og bredt, hvorvidt der kunne være tale om en fejl i observationerne, eller om der var tale om et helt usædvanligt interessant fænomen, som vendte op og ned på vores forståelse af stjerners dannelse og udvikling. De fleste forholdt sig skeptisk, men begejstret, for hvis der er noget, vi forskere elsker, er det mysterier.
Den 9. december, blot ti dage efter at den oprindelige artikel var blevet trykt i Nature, blev tre videnskabelige artikler lagt ud på arxiv.org, hvor en meget stor del af naturvidenskabelige artikler bliver lagt offentligt frem. De tre artikler påpeger, hvor de mener, at der er fejlfortolkning af data, og de konkluderer alle tre, at observationerne, inden for usikkerhederne, lige så vel kan forklares med et knap så tungt sort hul. De tre artiklers konklusion er entydig: Der er ikke tale om et udsædvanligt system. Det sorte hul er formentlig fire til syv solmasser tungt og passer dermed fint med den gængse forståelse af denne slags dobbeltstjernesystemer.
Læs også om, at vi for første gang har fået øje på et supertungt sort hul: »Hullet hukommelse«
Det er altid lidt ærgerligt – ikke mindst for de forskere, der har skrevet artiklen – når et spektakulært forskningsresultat viser sig ikke at holde vand. For vi bliver altid begejstrede, når der er indikationerne for, at der er behov for nye teorier eller ligefrem ny fysik. Men samtidig er det også godt, når vi forskere gendriver hinandens resultater, for det viser, at vi er omhyggelige. Når nogen fremlægger noget, vi ikke forstår, eller som vi tænker »kan det virkelig være rigtigt« om, så efterprøver vi det. Når mange har forsøgt at vise, at noget ikke kan passe, uden at lykkes, så opnår et resultat en større accept. Flere forskere begynder at tro på, at det nok er rigtigt.
Det er hele dette store arbejde med at udvikle nye metoder, foretage nye observationer, fortolke nye opdagelser, fremlægge sine resultater, stå på mål for sine resultater, forsøge at gendrive andres modstridende resultater, som gør forskning så tidskrævende, men også interessant. Uden denne proces ville vores forskningsresultater ikke være troværdige. At begå en fejl sker der ikke noget alvorligt ved, når blot der altid er nogen, som lige regner en ekstra gang på de resultater, der fremlægges. Som Pubillius Syrus har skrevet godt 50 år før Kristi fødsel: »Fra andres fejl korrigerer en klog mand sine egne.« Selvom LB-1 har vist sig ikke at være et udsædvanligt system, så har observationskampagnen gjort os en del klogere på synergien mellem et sort hul og en stjerne i et dobbeltstjernesystem.
Læs også om en udvikling, der vil revolutionere videnskaben: »Astronomiens tredje øje«
