Hubble-Bild von NGC 6397. ) (NASA, ESA und T. Brown und S. Casertano (STScI) Eine dichte Ansammlung von Sternen in einigen tausend Lichtjahren Entfernung birgt in ihrem Kern eine Überraschung. Anstatt eines relativ klobig schwarzes Loch haben Astronomen herausgefunden, dass der Kugelsternhaufen NGC 6397 um einen Haufen kleinerer Kugelsternhaufen mit Sternmasse gewickelt ist.
Dies könnte uns nicht nur helfen, die Entstehung größerer Teilchen besser zu verstehen Schwarze Löcher Dies deutet darauf hin, dass Kugelsternhaufen von großem Interesse sein könnten Gravitationswelle Astronomie, da die Schwarzen Löcher in Richtung einer Kollision unweigerlich näher zusammenrücken.
Kugelsternhaufen werden oft als „Fossilien“ des frühen Universums betrachtet. Es handelt sich um sehr dichte, kugelförmige Ansammlungen von etwa 100.000 bis 1 Million sehr alten Sternen, von denen einige – wie NGC 6397 – fast so alt sind wie das Universum selbst. In jedem Kugelsternhaufen entstanden alle seine Sterne gleichzeitig aus derselben Gaswolke. Die Milchstraße hat rund 150 bekannte Kugelsternhaufen .
Diese Objekte eignen sich hervorragend zum Studium, zum Beispiel Geschichte des Universums , oder der Inhalt der Dunklen Materie der Galaxien, die sie umkreisen. In letzter Zeit haben Astronomen sie jedoch genauer als potenzielle Heimat einer schwer fassbaren Klasse von Objekten betrachtet – Schwarze Löcher mittlerer Masse.
Wie der Name schon sagt, liegen diese Mittelgewichte zwischen stellaren und supermassiven Schwarzen Löchern, wobei letztere typischerweise in den Zentren von Galaxien zu finden sind.
Während die Grenzen zwischen Schwarzen Löchern mittlerer Masse und supermassiven Schwarzen Löchern derzeit nicht sehr genau definiert sind, werden Schwarze Löcher mittlerer Masse im Allgemeinen als größer als ein typischer kollabierter Stern (bis zu hundert Sonnenmassen), aber nicht als supermassereich (zwischen 100 und 100 Sonnenmassen) angesehen Millionen und eine Milliarde Mal mehr Masse als ein typisches stellares Schwarzes Loch).
Sichere Beweise für die Existenz von Schwarzen Löchern mittlerer Masse sind jedoch rar und größtenteils nicht schlüssig. Theorie und Modellierung legen nahe dass sie in Kugelsternhaufen zu finden sind, dem Gravitationskern, um den sich die Sterne sammeln, wie größere Galaxien um supermassereiche Schwarze Löcher.
Die Eigenschaften von NGC 6397, etwa 7.800 Lichtjahre entfernt, ließen darauf schließen, dass sich in seinem Zentrum eines dieser Mittelgewichte befinden könnte.
Da wir keine Schwarzen Löcher sehen können (weil sie keine nachweisbare Strahlung abgeben), haben Astronomen anhand jahrelanger Hubble-Daten die Umlaufbahnen der Sterne im Cluster genauer untersucht, um zu sehen, ob sie auf eine Zwischen- Masse Schwarzes Loch.
„Wir haben sehr starke Hinweise auf eine unsichtbare Masse im dichten Kern des Kugelsternhaufens gefunden.“ sagte der Astronom Eduardo Vitral vom Pariser Institut für Astrophysik in Frankreich, „aber wir waren überrascht, als wir herausfanden, dass diese zusätzliche Masse nicht ‚punktförmig‘ ist (was man für ein einzelnes massereiches Schwarzes Loch erwarten würde), sondern sich auf ein paar Prozent der Größe des Schwarzen Lochs ausdehnt.“ Cluster.'
Dies steht im Einklang mit einer Art von Widerstand, der als bekannt ist dynamische Reibung Dabei tauschen Objekte im Cluster Impulse aus und schicken dichtere, massereichere Objekte in Richtung Kern und weniger massereiche Objekte in Richtung Rand.
Tote Sterne wie Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher sind dichter als Hauptreihensterne, daher bewegen sie sich nach innen und schicken die leichteren Sterne hinaus.
„Wir nutzten die Theorie der Sternentwicklung und kamen zu dem Schluss, dass der Großteil der zusätzlichen Masse, die wir fanden, in Form von Schwarzen Löchern vorlag.“ sagte der Astronom Gary Mamon des Pariser Instituts für Astrophysik.
Es steht auch im Einklang mit zwei kürzlich veröffentlichten Arbeiten, in denen Folgendes festgestellt wurde: anstelle von Schwarzen Löchern mittlerer Masse , Populationen von Schwarze Löcher mit Sternmasse könnte die zentralen Regionen von Kugelsternhaufen bewohnen. Jetzt wurden diese Ergebnisse bestätigt.
„Unsere Studie ist die erste, die sowohl die Masse als auch die Ausdehnung einer scheinbaren Ansammlung größtenteils schwarzer Löcher im Zentrum eines im Kern kollabierten Kugelsternhaufens liefert.“ sagte Vitral .
Dies sind nützliche Informationen sowohl für die Untersuchung von Schwarzen Löchern mit Sternmasse als auch für die Suche nach Schwarzen Löchern mittlerer Masse. Da uns nun Beobachtungsnachweise dafür vorliegen, dass dies passieren kann, können Astronomen ihre Suche verfeinern, um Kugelsternhaufen auszuschließen, die sich genauso verhalten.
Es gibt auch Auswirkungen auf andere Forschungen zu Schwarzen Löchern.
Da die Objekte weiter zur Mitte des Clusters hinabsinken, geht das Team davon aus, dass sie irgendwann spiralförmig ineinander übergehen und verschmelzen werden. Irgendwann – in sehr, sehr langer Zeit – könnte dies zu einem Schwarzen Loch mittlerer Masse führen.
Dieser laufende Prozess deutet unmittelbar darauf hin, dass die Kerne solcher Cluster für die Gravitationswellenastronomie von großer Bedeutung sein könnten. Da sie so dicht gepackt sind, sollten die Prozesse beschleunigt werden, was bedeutet, dass wir in diesen Regionen sowohl die Bedingungen vor der Verschmelzung untersuchen als auch versuchen könnten, den Gravitationswellenereignissen zuvorzukommen, die auftreten werden, wenn die Schwarzen Löcher verschmelzen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik .