Schwarze Löcher sind eine der beeindruckendsten und mysteriösesten Kräfte der Natur. Gleichzeitig sind sie für unser Verständnis der Astrophysik von grundlegender Bedeutung. Schwarze Löcher sind nicht nur das Ergebnis besonders massereicher Sterne, die am Ende ihres Lebens Supernova werden, sie sind auch der Schlüssel zu unserem Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie und es wird angenommen, dass sie eine Rolle in der kosmischen Evolution gespielt haben.
Aus diesem Grund versuchen Astronomen seit vielen Jahren fleißig, eine Zählung der Schwarzen Löcher in der Milchstraße zu erstellen. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Astronomen möglicherweise eine ganze Klasse von Schwarzen Löchern übersehen haben. Dies geht auf eine kürzlich entdeckte Entdeckung zurück, bei der ein Team von Astronomen ein Schwarzes Loch beobachtete, das etwas mehr als drei Sonnenmassen umfasst. Damit ist es das kleinste bisher entdeckte Schwarze Loch.
Die Studie „Ein nicht wechselwirkendes binäres System aus Schwarzem Loch und Riesenstern mit geringer Masse“ wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft. Das verantwortliche Team wurde von Astronomen der Ohio State University geleitet und bestand aus Mitgliedern des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik, der Observatorien der Carnegie Institution for Science, des Dark Cosmology Center sowie mehrerer Observatorien und Universitäten.
Die Entdeckung war besonders bemerkenswert, da sie ein Objekt identifizierte, von dem Astrophysiker bisher nicht wussten, dass es existiert. Infolgedessen sind Wissenschaftler nun gezwungen zu überdenken, was sie über die Population der Schwarzen Löcher in unserer Galaxie zu wissen glaubten. Todd Thompson, Professor für Astronomie an der Ohio State University und Hauptautor der Studie, erklärte:
"Wir zeigen diesen Hinweis, dass es da draußen eine andere Population gibt, die wir bei der Suche nach Schwarzen Löchern noch nicht wirklich untersucht haben. Die Menschen versuchen zu verstehen, wie Supernova-Explosionen, wie supermassereiche schwarze Sterne explodieren, wie die Elemente in supermassiven Sternen gebildet wurden. Wenn wir also eine neue Population von Schwarzen Löchern entdecken könnten, würde dies uns mehr darüber erzählen, welche Sterne explodieren, welche nicht, welche Schwarze Löcher bilden, welche Neutronensterne bilden. Es eröffnet ein neues Studiengebiet. “
Aufgrund ihres Einflusses auf Raum und Zeit suchen Astronomen seit langem nach Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Da sie auch das Ergebnis des Absterbens von Sternen sind, könnten sie auch Informationen über die Lebenszyklen von Sternen und die Bildung von Elementen liefern. Dazu müssen Astronomen zunächst bestimmen, wo sich Schwarze Löcher in unserer Galaxie befinden. Dazu müssen sie wissen, wonach sie suchen müssen.
Eine Möglichkeit, sie zu finden, besteht darin, nach binären Systemen zu suchen, bei denen zwei Sterne aufgrund ihrer gegenseitigen Schwerkraft in der Umlaufbahn miteinander verbunden sind. Wenn einer dieser Sterne gegen Ende seines Lebens einem Gravitationskollaps unterliegt, kollabiert er entweder zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Wenn der Begleitstern die Red Branch Phase (RBP) seiner Entwicklung erreicht hat, wird er sich erheblich ausdehnen.
Diese Erweiterung wird dazu führen, dass der rote Riese seinem schwarzen Loch oder Neutronenstern-Begleiter ausgesetzt wird. Dies führt dazu, dass Material von der Oberfläche des ersteren gezogen und von diesem langsam verbraucht wird. Dies wird durch die Wärme und Röntgenstrahlen belegt, die als Material vom Stern emittiert werden und auf seinem Begleiter des Schwarzen Lochs akkretiert werden.
Bisher waren alle von Astronomen identifizierten Schwarzen Löcher in unserer Galaxie zwischen fünf und fünfzehn Sonnenmassen. Im Gegensatz dazu sind Neutronensterne im Allgemeinen nicht größer als etwa 2,1 Sonnenmassen, da alles, was größer als 2,5 Sonnenmassen ist, zusammenbrechen würde, um ein Schwarzes Loch zu bilden. Als LIGO und Virgo gemeinsam Gravitationswellen entdeckten, die durch eine Fusion von Schwarzen Löchern verursacht wurden, waren dies 31 bzw. 25 Sonnenmassen.
Dies zeigte, dass Schwarze Löcher außerhalb des von Astronomen als normal erachteten Bereichs auftreten können. Wie Thompson sagte:
"Sofort war jeder wie" Wow ", weil es so eine spektakuläre Sache war. Nicht nur, weil es bewiesen hat, dass LIGO funktioniert, sondern weil die Massen riesig waren. Schwarze Löcher dieser Größe sind eine große Sache - wir hatten sie noch nie gesehen. "
Diese Entdeckung inspirierte Thompson und seine Kollegen, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass es unentdeckte Objekte zwischen den größten Neutronensternen und den kleinsten Schwarzen Löchern geben könnte. Um dies zu untersuchen, begannen sie, Daten aus dem Galactic Evolution Experiment (APOGEE) des Apache Point Observatory zu kombinieren - einer astronomischen Untersuchung, die Spektren von etwa 100.000 Sternen in der gesamten Galaxie sammelt.
Thompson und seine Kollegen untersuchten diese Spektren auf Anzeichen von Veränderungen, die darauf hindeuten würden, ob ein Stern um ein anderes Objekt kreist. Insbesondere wenn ein Stern Anzeichen einer Doppler-Verschiebung zeigt - wobei sich seine Spektren zwischen einer Verschiebung zum blaueren Ende und dann zu rötlicheren Wellenlängen abwechseln - wäre dies ein Hinweis darauf, dass er möglicherweise einen unsichtbaren Begleiter umkreist.
Diese Methode ist eines der effektivsten und beliebtesten Mittel, um festzustellen, ob ein Stern ein umlaufendes Planetensystem hat. Wenn Planeten einen Stern umkreisen, üben sie eine Gravitationskraft auf ihn aus, die bewirkt, dass er sich hin und her bewegt. Dieselbe Art von Verschiebung wurde von Thompson und seinen Kollegen verwendet, um festzustellen, ob einer der APOGEE-Sterne ein Schwarzes Loch umkreist.
Es begann damit, dass Thompson die APOGEE-Daten auf 200 Kandidaten eingrenzte, die sich als die interessantesten erwiesen. Anschließend gab er die Daten an Tharindu Jayasinghe (einen Absolventen des Ohio State) weiter, der dann Daten aus der All-Sky Automated Survey für Supernovae (ASAS-SN) verwendete, die von der OSU betrieben wird und über 1.000 Supernovae gefunden hat, um Tausende zusammenzustellen von Bildern jedes Kandidaten.
Dies ergab einen riesigen roten Stern, der etwas zu umkreisen schien, das viel kleiner als jedes bekannte Schwarze Loch, aber viel größer als jedes bekannte Neutronenstern war. Nachdem sie die Ergebnisse mit zusätzlichen Daten aus dem Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) und dem Gaia-Satelliten kombiniert hatten, stellten sie fest, dass sie ein Schwarzes Loch gefunden hatten, das ungefähr das 3,3-fache der Sonnenmasse betrug.
Dieses Ergebnis bestätigt nicht nur die Existenz einer neuen Klasse von schwarzen Löchern mit geringer Masse, sondern bietet auch eine neue Methode, um sie zu lokalisieren. Wie Thompson erklärte:
"Was wir hier getan haben, ist eine neue Methode zur Suche nach Schwarzen Löchern, aber wir haben möglicherweise auch eines der ersten einer neuen Klasse von Schwarzen Löchern mit geringer Masse identifiziert, von denen Astronomen bisher nichts gewusst hatten." Die Massen der Dinge erzählen uns von ihrer Entstehung und Entwicklung und sie erzählen uns von ihrer Natur. “
