Ster M31-2014-DS1 stort direct ineen tot zwart gat

M31-2014-DS1 is een massieve, waterstofarme superreus in het Andromeda-stelsel die in 2014 helderder werd in middel-infrarood licht, om vervolgens tegen 2023 in optisch licht dramatisch te vervagen met een factor van meer dan 10.000, waardoor hij ondetecteerbaar werd. Waarnemingen wijzen uit dat de kern direct is ingestort tot een zwart gat met een stellaire massa tijdens een mislukte supernova-gebeurtenis, waarbij een zwakke infrarode gloed van omringend stof en gas achterbleef. Deze "astronomische eenhoorn" vormt het sterkste observationele bewijs tot nu toe van een ster die een catastrofale explosie overslaat om zijn laatste evolutionaire stadium te bereiken.

De ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift Science op 12 februari 2026, vond bij toeval plaats tijdens een brede studie naar het Andromeda-stelsel. Hoofdauteur en astrofysicus Kishalay De, professor aan Columbia University en onderzoeker bij het Flatiron Institute, was aanvankelijk van plan om sterren in infrarood licht te bestuderen. In plaats daarvan stuitte zijn team op een ongebruikelijk stellair object dat helderder werd voordat het in totale onzichtbaarheid dimde, wat leidde tot een tien jaar durend onderzoek naar de aard van de dood van sterren en de vorming van zwarte gaten.

Waarom explodeerde deze ster niet als een supernova en vormde hij een zwart gat?

De ster explodeerde niet als een supernova omdat de door neutrino's aangedreven schokgolf te zwak was om de buitenste schil uit te stoten, waardoor de kern onder invloed van de zwaartekracht naar binnen instortte. Als een waterstofarme ster met een initiële massa van ongeveer 13 zonsmassa's, stopte de kernfusie, wat leidde tot een directe implosie tot een zwart gat zonder de typische supernova-uitbarsting. Dit fenomeen wordt door astronomen vaak een "mislukte supernova" genoemd.

Standaardmodellen voor stellaire evolutie suggereren dat massieve sterren hun leven zouden moeten beëindigen in een oogverblindende explosie die bekendstaat als een supernova, waarbij zware elementen door de kosmos worden verspreid. In het geval van M31-2014-DS1 was de interne druk die door de kern werd gegenereerd echter onvoldoende om de enorme zwaartekracht van de eigen massa te overwinnen. In plaats van een hevige uitwaartse klap werden de lagen van de ster in wezen verslokt door de vormende singulariteit, een proces dat onze huidige telling van het aantal zwarte gaten in het nabije universum uitdaagt.

Volgens De vertoonde de ster wat hij omschrijft als een "laatste ademtocht" voordat hij verdween. Naarmate de ster zijn einde naderde, stootte hij zijn buitenste lagen af, wat zorgde voor een tijdelijke toename in helderheid in het infraroodspectrum. Deze specifieke signatuur — een infrarood-helderheidstoename gevolgd door een totale optische blackout — dient nu als een routekaart voor het identificeren van andere sterren die een directe ineenstorting tot een zwart gat ondergaan zonder het traditionele vuurwerk van een supernova.

Hoe bevestigden onderzoekers de verdwijning van M31-2014-DS1?

Onderzoekers maakten gebruik van langetermijnarchiefgegevens van NASA's NEOWISE-missie en de Hubble Space Telescope om de plotselinge overgang van de ster van een zichtbare superreus naar een verdwenen object te volgen. Door een decennium aan infrarode en optische gegevens te analyseren, konden ze alternatieve theorieën, zoals de verduistering van de ster door bewegende stofwolken, uitsluiten. De gegevens toonden een permanent verlies van lichtkracht over meerdere golflengten aan, wat een totale structurele instorting bevestigde.

De studie maakte gebruik van de nabijheid van het Andromeda-stelsel, dat zich op ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt. Omdat dit sterrenstelsel onze naaste buur is, waren de waarnemingen aanzienlijk helderder en gemakkelijker te onderzoeken dan eerdere kandidaten voor mislukte supernovae. Deze nabijheid stelde het team in staat om een uitgebreide geschiedenis van de ster samen te stellen, wat Daniel Holz, een astrofysicus aan de University of Chicago, vergeleek met het vinden van "babyfoto's" van een kosmische gebeurtenis achteraf.

• NASA NEOWISE: Leverde cruciale middel-infraroodgegevens die de laatste thermische signaturen van de ster lieten zien.
• Hubble Space Telescope: Bevestigde de afwezigheid van de ster in zichtbaar licht na 2023.
• Grondgebaseerde observatoria: Monitorden het Andromeda-stelsel op plotselinge veranderingen in stellaire populaties.

De methodologie richtte zich op de infrarood-helderheidstoename die gepaard gaat met het afstoten van de schil van de ster. Door naar deze "mislukte" signaturen te zoeken in plaats van naar de heldere flitsen van traditionele supernovae, ontdekte het team dat ze de vorming van zwarte gaten konden identificeren die anders onopgemerkt zouden blijven. Deze verschuiving in methodologie suggereert dat veel zwarte gaten zich mogelijk in het volle zicht verbergen, nadat ze in alle stilte zijn gevormd gedurende de geschiedenis van het sterrenstelsel.

Zullen JWST-waarnemingen de vorming van het zwarte gat bevestigen?

JWST-waarnemingen zijn niet officieel bevestigd als onderdeel van de gepubliceerde bevindingen, hoewel de uiterst gevoelige infraroodinstrumenten van de telescoop ideaal zijn om een eventuele aanhoudende thermische gloed te detecteren. Hoewel het huidige bewijsmateriaal van NEOWISE en Hubble sterke indirecte steun biedt voor een zwart gat, blijft directe bevestiging door de detectie van een accretieschijf of restwarmte van het omringende gas een doel voor toekomstig onderzoek. De James Webb Space Telescope zou het definitieve bewijs kunnen leveren dat nodig is om de zaak te sluiten.

De rol van de James Webb Space Telescope (JWST) in dit vakgebied is transformatief, omdat het vermogen om door kosmisch stof heen te turen wetenschappers in staat stelt te zien wat optische telescopen niet kunnen. Voor M31-2014-DS1 zou JWST mogelijk de "smeulende resten" van de ster kunnen detecteren — de zwakke hitte die wordt uitgestraald door het gas en stof dat niet in de waarnemingshorizon is gevallen. Het vinden van deze specifieke infraroodsignatuur zou een ongekende blik werpen op de directe nasleep van een directe ineenstorting.

Ondanks het ontbreken van actuele JWST-gegevens in het initiële rapport, blijft de wetenschappelijke gemeenschap optimistisch. De toevallige aard van de ontdekking betekent dat de coördinaten voor M31-2014-DS1 nu doelen met een hoge prioriteit zijn voor deep-space-beeldvorming. Het bevestigen van het bestaan van een stil zwart gat met een stellaire massa op de plek waar ooit een massieve ster stond, zou decennia aan theoretische fysica met betrekking tot de massalimieten van stellaire stabiliteit valideren.

Wat zijn de bredere implicaties voor de evolutie van zwarte gaten?

Deze ontdekking suggereert dat het landschap van sterren die in staat zijn om in zwarte gaten te veranderen veel breder is dan de wetenschappelijke gemeenschap voorheen voorzag. M31-2014-DS1 bleek ten tijde van zijn dood ongeveer vijf keer de massa van de zon te hebben — ruwweg de helft van de grootte die huidige modellen nominaal verwachten voor een kandidaat voor directe ineenstorting. Deze bevinding impliceert dat kleinere, minder massieve sterren mogelijk ook de supernova-fase overslaan.

De implicaties voor stellaire evolutiemodellen zijn aanzienlijk. Als een groter percentage sterren direct instort tot zwarte gaten, verklaart dit het "ontbrekende supernova-probleem", waarbij astronomen minder explosies waarnemen dan het aantal verdwijnende massieve sterren zou doen vermoeden. Het betekent ook dat de totale populatie zwarte gaten in sterrenstelsels zoals de Melkweg en Andromeda aanzienlijk hoger kan zijn dan eerder geschat.

Toekomstig onderzoek zal zich nu richten op het identificeren van meer van deze "astronomische eenhoorns" in nabijgelegen sterrenstelsels. Door het infraroodspectrum te monitoren op plotselinge uitbarstingen gevolgd door permanente verduistering, hopen astrofysici een nauwkeurigere telling te maken van de meest mysterieuze objecten in het universum. Zoals Kishalay De opmerkte, wijst dit onderzoek ons op "een volledig nieuwe methode om de verdwijning van sterren te identificeren", waardoor de stille geboorte van een zwart gat niet langer onopgemerkt zal blijven.