Schwarze Löcher: Mittelklasse auf der Spur

Ende mit einem besonderen Leuchten: Das Leuchten eines Sterns unter dem tödlichen Bann der „dunklen Schwerkraft“ hat Astronomen einen Hinweis auf ein mittelgroßes Schwarzes Loch innerhalb einer Zwerggalaxie gegeben. Die Ergebnisse könnten die Grundlage für weitere Suchen nach möglichen Proben aus dieser schwer fassbaren Kategorie sein. Dies könnte unter anderem helfen, die vermutete Rolle von Zwischenversionen bei der Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher zu untersuchen, sagen Astronomen.

Ihre Schwerkraft verzerrt den Raum so sehr, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Diese spektakuläre Eigenschaft macht Schwarze Löcher zu den faszinierendsten Objekten der Astronomie. Kosmische „Dunkel“ werden entsprechend ihrer Masse in drei Hauptkategorien eingeteilt: Die höchsten sind die supermassiven Riesen mit Hunderttausenden bis Zehnmilliarden Sonnenmassen, die in den Zentren großer Galaxien zu finden sind. Die letzte Kategorie sind die sogenannten stellaren Schwarzen Löcher, die durch die Supernova-Explosion massereicher Sterne entstanden sind. Darunter sind bisher rätselhafte Zwischenversionen mit Tausenden von Sonnenmassen, möglicherweise verursacht durch Kollisionen. Es wird vermutet, dass sie vor allem in Zwerggalaxien auftreten könnten. Es gibt Kandidaten, aber bisher waren intermediäre Schwarze Löcher schwer zu entdecken.

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Messe im Spiegel des Todes

Bei supermassiven Schwarzen Löchern stützt sich die Erkennung oft auf das Licht, das von Gasscheiben um Gravitationsriesen emittiert wird. Außerdem spüren sie, wenn sie einen Stern verschlucken, der in ihren „Strudel“ eingedrungen ist. Aufgrund der enormen Gravitationskräfte kommt es zu einem sogenannten „Tidal Disruption Event“ (TDE), bei dem der Stern auseinanderbricht und hell leuchtet. Der Fluss dieser Strahlung lässt möglicherweise Rückschlüsse auf die Masse zu, wie dies bereits bei frühen Untersuchungen an supermassereichen Schwarzen Löchern deutlich wurde. Ein internationales Wissenschaftlerteam hat diese TDE-Methode nun auf den Fall des Todes eines leuchtenden Sterns angewendet, der sich im Zentrum einer etwa 850 Millionen Lichtjahre entfernten Zwerggalaxie ereignete.

Die Flare wurde im Rahmen des Young Supernova Experiment (YSE) aufgenommen – einer Untersuchung verschiedener astronomischer Objekte, die entwickelt wurden, um kosmische Explosionen und vorübergehende astrophysikalische Ereignisse zu erkennen. Wissenschaftler berichten, dass die Daten die Strahlung enthielten, die freigesetzt wurde, als das Schwarze Loch begann, den Stern zu verschlingen, und was danach geschah. Wie sie erklären, diente die Dauer des Ereignisses als Berechnungsgrundlage. „Vor allem, weil uns die YSE-Daten so viele frühe Informationen über das Ereignis lieferten, konnten wir endlich Rückschlüsse auf die Masse des Schwarzen Lochs ziehen“, sagte Hauptautorin Charlotte Angus vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen.

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Mittlere Massenreferenz

Die Ergebnisse zeigen, dass das Schwarze Loch, das den Stern verschlingt, weniger als eine Million bis etwa 50.000 Sonnenmassen hat. Daher kann es sich um ein intermediäres Schwarzes Loch handeln. „Dieses Ergebnis ist signifikant, weil es zeigt, dass wir Gezeitenstörungen nutzen können, um Schwarze Löcher mittlerer Masse in Zwerggalaxien zu finden und zu untersuchen“, sagte Co-Autor Ryan Foley von der University of California, Santa Cruz (UCSC). Dies könnte eine Grundlage für zukünftige Studien über mittelgroße Schwarze Löcher bieten, um diese schwer fassbare Kategorie besser zu verstehen.

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Wie die Forscher betonen, geht es nicht nur um die Mittelklasse selbst, sondern Astronomen vermuten, dass supermassereiche Schwarze Löcher von mittelschweren Versionen stammen könnten. „Eine der derzeit größten unbeantworteten Fragen in der Astronomie ist, wie supermassereiche Schwarze Löcher entstehen“, sagte Co-Autorin Vivienne Baldassare von der Washington State University in Pullman. Vielleicht war das frühe Universum voller kleiner Zwerggalaxien mit schwarzen Löchern mittlerer Masse. Im Laufe der Zeit verschmolzen diese Zwerggalaxien oder wurden von massereicheren Galaxien verschluckt. Ihre Kerne könnten sich dabei vereinen. Dieser Verschmelzungsprozess würde dann die extremen Giganten hervorbringen, die wir heute sehen. „Wenn wir die Bevölkerung von Schwarzen Löchern mittlerer Masse verstehen können – wie viele es gibt und wo sie sich befinden – können wir Hinweise darauf erhalten, ob unsere Theorien über die Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher richtig sind“, sagt Co-Autor Enrico Ramirez-Ruiz von der UCSC .

Quelle: University of California – Santa Cruz, Zeitschriftenartikel: Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-022-01811-y

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