(Optisch: NASA/ESA/Hubble/STScI; Röntgen: NASA/CXC/UNH/D. Lin et al.) Schwarze Löcher sind hinterhältig. Sie lauern dort draußen im Dunkeln und geben keine erkennbare Strahlung ab, was es sehr schwer macht, sie zu finden. Aber sie haben eine Schwäche: Sie sind extrem unordentliche Esser. Und diese Neigung hat es den Astronomen ermöglicht, auf etwas schwer fassbares zu zielen: das „fehlende Glied“ im Mittelgewicht schwarzes Loch .
Es wurde vermutet, dass ein im Jahr 2006 beobachteter kolossaler Röntgenstrahl aus einem Schwarzen Loch mittlerer Masse – 50.000-facher Sonnenmasse – austrat, das einen Stern auseinanderriss und verschlang. Durch die Eliminierung einer wichtigen konkurrierenden Hypothese sind die Forscher nun zuversichtlich, dass dies der Fall ist Auf dem richtigen Weg , und es ist eine ziemlich große Sache.
Schwarze Löcher sind selbst im besten Fall mysteriös. Da sie kein Licht aussenden, können wir sie nicht sehen, und wir müssen ihre Eigenschaften anhand der Wirkung messen, die sie auf die Dinge um sie herum haben – sei es das umlaufende Objekte oder Dinge, die sie tatsächlich ansammeln, ein Prozess, der etwas generiert viel Wärme und Licht .
Aber Schwarze Löcher mittlerer Masse machen das Ganze noch rätselhafter. Denn wir haben zwar wirklich knifflige Schwarze Löcher mit stellarer Masse (bis zu 100-fache Sonnenmasse) und wirklich klobige supermassive Schwarze Löcher (über 100.000-fache Sonnenmasse) gefunden sie können viel größer werden ) hat sich die Gewichtsklasse dazwischen als äußerst schwer zu bestimmen erwiesen.
Wir haben hatte Hinweise dass es sich um Schwarze Löcher mittlerer Masse handelt sind da draußen , aber nichts schlüssiges. Dieses neue Papier ist nach Ansicht seiner Autoren der bisher beste Beweis.
Dieser Beweis hängt von einem riesigen Röntgenstrahl namens 3XMM J215022.4−055108 (oder kurz J2150−0551) ab. Während die Lichtshow bereits seit drei Jahren lief, wurde der Flare erstmals 2006 von zwei leistungsstarken Röntgen-Weltraumteleskopen entdeckt – dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und der X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton) der Europäischen Weltraumorganisation ).
(NASA, ESA und D. Lin (University of New Hampshire)
Im Jahr 2018 haben der Physiker und Astronom Dacheng Lin von der University of New Hampshire und Kollegen veröffentlichte einen Artikel, der auf Beobachtungen dieser Teleskope basiert . Sie kamen zu dem Schluss, dass es sich bei der Eruption wahrscheinlich um die Strahlung handelte, die ausgestoßen wurde, als ein Schwarzes Loch mittlerer Masse einen Stern verschlang.
Jetzt haben Lin und sein Team neue Multiwellenlängenbeobachtungen von XMM Newton und dem Hubble-Weltraumteleskop erhalten und analysiert. Und sie sind sich sicherer denn je, dass dies die Ursache für den Ausbruch war.
„Schwarze Löcher mittlerer Masse sind sehr schwer fassbare Objekte, daher ist es wichtig, alternative Erklärungen für jeden Kandidaten sorgfältig abzuwägen und auszuschließen.“ Sagte Lin . „Das ist es, was uns Hubble für unseren Kandidaten ermöglicht hat.“
Eines der merkwürdigen Dinge an J2150−0551 war seine Lage – nicht im Zentrum einer Galaxie, wo man normalerweise große Schwarze Löcher findet, die Sterne auseinanderreißen. Tatsächlich schien es von einem Sternhaufen am Rande einer 800 Millionen Lichtjahre entfernten Linsengalaxie zu stammen.
Dies steht im Einklang mit einem der Entstehungsmodelle für Schwarze Löcher mittlerer Masse, das auch erklärt, warum sie so schwierig zu finden sind.
A Papier von 2004 schlug vor, dass die Schwerkraft eines dichten Sternhaufens dazu führen könnte, dass die Sterne in seinem Inneren in Richtung des Zentrums des Sternhaufens fallen und einen Stern mit der Masse von Tausenden von Sonnen bilden. Dieses würde dann unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen und ein Schwarzes Loch mittlerer Masse bilden.
Da es jedoch äußerst schwierig ist, einzelne Sterne außerhalb der Milchstraße aufzulösen, ganz zu schweigen von der Verfolgung ihrer Umlaufbahnen, sind Schwarze Löcher außerhalb der Milchstraße nur dann erkennbar, wenn aktiv Material wie ein Stern oder eine Gaswolke in sie hineinfällt.
Bis einer dieser Sternhaufen ein Schwarzes Loch erzeugt hätte, hätte er den Bereich innerhalb seiner Gravitationsreichweite verlassen, was bedeutet, dass es in seiner Nähe kein Material mehr gibt, das er verschlingen könnte, außer dem seltenen und gelegentlich verirrten Stern. Astronomen gehen davon aus, dass J2150−0551 dadurch verursacht wurde.
Und es bestand immer noch die Möglichkeit, dass J2150−0551 etwas anderes war – a Neutronenstern im Inneren der Milchstraße, der sich abkühlte, nachdem er während eines Akkretionsausbruchs erhitzt worden war und dabei Material von einem anderen Stern verschlang. Ein Akkretionsausbruch, der groß genug war, um diese Erwärmung in einem Neutronenstern zu verursachen, war bei einer Himmelsdurchmusterung, die ihn hätte erfassen sollen, nicht entdeckt worden, aber wir brauchten eine schlüssigere Entscheidung.
Hubble wurde auf den Himmelsfleck gerichtet, in dem J2150−0551 gesehen wurde, um tiefe, hochauflösende Bilder zur Bestätigung seines Standorts zu erhalten. Diese Beobachtungen bestätigten, dass das Röntgenlicht nicht von der Milchstraße, sondern vom 800 Millionen Lichtjahre entfernten Sternhaufen ausgegangen war.
Inzwischen hat XMM Newton weitere Röntgenbeobachtungen erhalten.
„Durch die Hinzunahme weiterer Röntgenbeobachtungen konnten wir die Gesamtenergieabgabe verstehen.“ sagte die Astronomin Natalie Webb der Université de Toulouse in Frankreich. „Dies hilft uns zu verstehen, welche Art von Stern durch das Schwarze Loch zerstört wurde.“
Diese Beobachtungen führten die Forscher zu dem Schluss, dass der Flare durch ein Schwarzes Loch mittlerer Masse verursacht wurde, das einen kleinen Hauptreihenstern einfing, zerfetzte und anhäufte, der etwa ein Drittel der Masse unserer Sonne und etwa 40 Prozent ihrer Größe ausmacht.
Sie fanden auch heraus, dass der Sternhaufen selbst der Kern einer Zwerggalaxie sein könnte, der aufgrund von Gravitationswechselwirkungen mit der größeren Galaxie, an die er grenzt, der größte Teil seiner Materie entzogen wurde.
Wichtig ist, dass der Befund erneut bestätigt, dass Sternhaufen, die massereichere Galaxien umkreisen, ein erstklassiger Ort für die Suche nach diesen schwer fassbaren Schwarzen Löchern mittlerer Masse sein könnten.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .