Mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben Astronomen das der Erde am nächsten gelegene supermassereiche Schwarze Loch entdeckt – einen kosmischen Riesen, „der in der Zeit eingefroren“ ist.
Als Beispiel für ein schwer zu entdeckendes „Schwarzes Loch mittlerer Masse“ könnte dieses Objekt ein fehlendes Glied beim Verständnis der Beziehung zwischen Sternmasse und supermassereichen Schwarzen Löchern sein. Es scheint, dass das Schwarze Loch eine Masse von etwa 8.200 Sonnenmassen hat, was es viel massereicher macht als Schwarze Löcher mit Sternmasse, deren Masse zwischen dem 5- und 100-fachen der Sonnenmasse liegt, und viel weniger massiv als supermassereiche Schwarze Löcher , die eine Masse von Millionen bis Milliarden der Masse der Sonne haben. Das von Wissenschaftlern entdeckte nächstgelegene Schwarze Loch mit Sternmasse heißt Gaia-BH1 und liegt nur 1.560 Lichtjahre von uns entfernt.
Andererseits befindet sich das neu entdeckte Schwarze Loch mittlerer Masse in einem erstaunlichen Cluster von etwa zehn Millionen Sternen namens Omega Centauri, der etwa 18.000 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
Interessanterweise stützt die Tatsache, dass das „gefrorene“ Schwarze Loch offenbar sein Wachstum gestoppt hat, die Annahme, dass Omega Centauri die Überreste einer alten Galaxie sind, die von unserer eigenen Galaxie verschlungen wurde.
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Dies deutet darauf hin, dass Omega Centauri tatsächlich der Kern einer separaten jungen Galaxie ist, deren Entwicklung gestoppt wurde, als sie von der Milchstraße verschluckt wurde. Hätte dieses Ereignis nicht stattgefunden, wäre dieses mittlere Schwarze Loch möglicherweise zu einem supermassiven Zustand herangewachsen wie das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße, Sagittarius A* (Sgr A*), das eine Masse von 4,3 Millionen Sonnenmassen hat und lokalisiert ist weit entfernt. 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Finden Sie, was fehlt
Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass nicht alle Schwarzen Löcher gleich sind. Während bekannt ist, dass Schwarze Löcher mit stellarer Masse durch den Kollaps von Sternen mit einer Masse entstehen, die mindestens achtmal so groß ist wie die Masse der Sonne, müssen supermassereiche Schwarze Löcher einen anderen Ursprung haben. Dies liegt daran, dass kein Stern massereich genug ist, um zusammenzubrechen und die Überreste dieses Schwarzen Lochs zu hinterlassen. Millionen Vielfach so groß wie die Sonne.
Daher vermuten Wissenschaftler, dass supermassereiche Schwarze Löcher durch die Verschmelzung von Ketten Schwarzer Löcher entstehen und wachsen, deren Größe allmählich zunimmt. Dies wurde durch die Entdeckung von Wellen in der Raumzeit, sogenannten Gravitationswellen, bewiesen, die von verschmelzenden Schwarzen Löchern ausgehen.
Der Prozess der Verschmelzung und des Wachstums von Schwarzen Löchern in Verbindung mit der großen Massenlücke zwischen Schwarzen Löchern mit stellarer Masse und supermassiven Schwarzen Löchern bedeutet, dass es eine große Anzahl mittelgroßer Schwarzer Löcher geben dürfte.
Allerdings scheinen diese Schwarzen Löcher mittlerer Masse mit Massen zwischen einigen Hundert und einigen Tausend Sonnenmassen größtenteils der Entdeckung entgangen zu sein. Dies liegt daran, dass diese mittelgroßen riesigen Schwarzen Löcher, wie alle Schwarzen Löcher, äußere Grenzen haben, die als Ereignishorizonte bezeichnet werden.
Der Ereignishorizont ist der Punkt, an dem der Gravitationseinfluss eines Schwarzen Lochs so massiv wird, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Daher sind Schwarze Löcher nur dann im Licht sichtbar, wenn sie von Material umgeben sind, von dem sie sich ernähren und das beim Erhitzen leuchtet, oder wenn sie auseinanderbrechen und sich bei einem sogenannten „Tidal Disruption Event“ (TDE) von einem unglücklichen Stern ernähren.
Mittlere Schwarze Löcher, wie das bei Omega Centauri, sind nicht von viel Materie umgeben und ernähren sich nicht.
Das bedeutet, dass Astronomen bei der Suche nach solchen Schwarzen Löchern über gewisses Geschick verfügen müssen. Sie nutzen die Gravitationseffekte, die diese Hohlräume auf Materie haben, etwa auf die Sterne, die sie umkreisen, oder das Licht, das sie durchdringt. Das neue Entdeckungsteam verwendete die erste Methode.
Beschleunigender Stern
Die Suche nach diesem mittleren Schwarzen Loch begann im Jahr 2019, als Nadine Neumayer vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und Anil Seth von der University of Utah ein Forschungsprojekt entwarfen, um unser Verständnis der Entstehungsgeschichte von Omega Centauri zu verbessern.
Insbesondere wollten die Forscher zusammen mit Maximilian Haberl, einem Doktoranden am Max-Planck-Institut für Weltraumwissenschaften, sich schnell bewegende Sterne in Omega Centauri finden, die beweisen würden, dass der Sternhaufen ein massereiches, dichtes oder kompaktes Schwarzes Loch enthält. Zentralantrieb.“ Eine ähnliche Methode wurde verwendet, um die Masse und Größe von Sgr A* anhand einer Gruppe sich schnell bewegender Sterne im Kern der Milchstraße zu bestimmen.
Haberle und sein Team nutzten mehr als 500 Hubble-Bilder dieses Sternhaufens, um eine riesige Datenbank der Sternbewegungen in Omega Centauri aufzubauen und die Geschwindigkeiten von etwa 1,4 Millionen Sternen zu messen. Dieses wiederholte Bild von Omega Centauri, das Hubble nicht aus wissenschaftlichem Interesse, sondern zur Kalibrierung seiner Instrumente anfertigte, war der perfekte Datensatz für die Mission des Teams.
„Nach Hochgeschwindigkeitssternen zu suchen und ihre Bewegung zu dokumentieren, war wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, sagte Haberle. Am Ende fand das Team nicht eine Nadel, sondern nur eine Nadel. Sieben „Nadel im Heuhaufen-ähnliche Sterne“, die sich alle mit großer Geschwindigkeit in einer kleinen Region im Herzen von Omega Centauri bewegen.
Die hohe Geschwindigkeit dieser Sterne ist auf die konzentrierte Masse in der Nähe zurückzuführen. Wenn das Team nur einen schnellen Stern gefunden hätte, wäre es unmöglich gewesen zu bestimmen, ob seine Geschwindigkeit das Ergebnis einer großen, nahegelegenen Zentralmasse war oder ob es sich bei diesem Stern um einen außer Kontrolle geratenen Stern handelte, der sich sehr schnell auf einer geraden Bahn bewegte – in Abwesenheit einer zentralen Masse.
Die Beobachtung und Messung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen von sieben Sternen ermöglichte diese Schlussfolgerung. Messungen ergaben eine zentrale Masse, die 8.200 Sonnen entspricht, während visuelle Inspektionen des Gebiets keine sternähnlichen Objekte erkennen ließen. Das ist genau das, was wir erwarten würden, wenn in dieser Region, die das Team als „Lichtmonate“ definierte, ein Schwarzes Loch existierte.
Die Tatsache, dass unsere Galaxie so weit ausgereift ist, dass in ihrem Herzen ein supermassereiches Schwarzes Loch entsteht, bedeutet, dass sie möglicherweise den Punkt überschritten hat, an dem es viele Schwarze Löcher mittlerer Masse gibt. Das Team sagt, dass dieses Loch in der Milchstraße existiert, weil Kannibalismus in ihrer Muttergalaxie zu einer Verringerung ihrer Wachstumsprozesse geführt hat.
Haberle sagte: „Frühere Studien haben sehr wichtige Fragen aufgeworfen wie: Wo befinden sich Hochgeschwindigkeitssterne? Jetzt haben wir eine Antwort auf diese Frage und die Bestätigung, dass der Stern Omega Centauri ein Schwarzes Loch mittlerer Masse enthält.“ Mit einer Entfernung von 18.000 Lichtjahren ist dies „das nächstgelegene bekannte Beispiel eines supermassiven Schwarzen Lochs.“
Natürlich ändert dies nicht wirklich den Status von Sgr A* als das der Erde am nächsten gelegene supermassereiche Schwarze Loch oder den Status von Gaia BH1 als das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch mit stellarer Masse – aber es bietet eine gewisse Beruhigung, dass Wissenschaftler auf dem richtigen Weg sind Sie sind auf dem richtigen Weg, wenn sie darüber nachdenken, wie unser Schwarzes Loch überhaupt zum Mittelpunkt eines kosmischen Riesen geworden sein könnte.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (10. Juli) in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
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