J2150. (Optisch: NASA/ESA/Hubble/STScI; Röntgen: NASA/CXC/UNH/D. Lin et al.) Das Chaos, das durch eine Begegnung zwischen a schwarzes Loch und ein unglücklicher Stern hat einen seltenen und unglaublichen Schatz hervorgebracht.
Durch die Messung der Röntgenstrahlung, als der Stern durch die Schwerkraft auseinandergerissen wurde, haben Astronomen festgestellt, dass das Schwarze Loch ein unglaublich schwer fassbares Tier ist: ein mittelschweres Schwarzes Loch mittlerer Masse, das zwischen den leichten Sternmassen und den supermassereichen Schwergewichten liegt.
Wissenschaftler gehen von mittlerer Masse aus Schwarze Löcher (IMBHs) könnten unglaublich häufig vorkommen, aber aus irgendeinem Grund haben sie sich als geschickt darin erwiesen, sich der Entdeckung zu entziehen, daher ist diese Entdeckung ein echter Preis – eine, die nicht nur ein einzigartiges Labor für Astroteilchenphysik darstellt, sondern uns auch dabei helfen könnte, das Geheimnis zu lüften wie supermassereiche Schwarze Löcher ihre enorme Größe erreichen.
„Die Tatsache, dass wir dieses Schwarze Loch einfangen konnten, während es einen Stern verschlang, bietet eine bemerkenswerte Gelegenheit, etwas zu beobachten, das sonst unsichtbar wäre.“ sagte die Astronomin Ann Zabludoff der University of Arizona.
„Darüber hinaus konnten wir durch die Analyse des Flares diese schwer fassbare Kategorie von Schwarzen Löchern besser verstehen, die durchaus den Großteil der Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien ausmachen könnte.“
Während die Grenzen zwischen IMBHs und supermassereichen Schwarzen Löchern (SMBHs) derzeit nicht sehr genau definiert sind, gelten Schwarze Löcher mittlerer Masse im Allgemeinen als größer als ein typischer kollabierter Stern oder stellares Schwarzes Loch (bis zu hundert Sonnenmassen), aber nicht als supermassereich (zwischen a Millionen und eine Milliarde Mal mehr Masse als ein typisches stellares Schwarzes Loch).
Der bisherige Mangel an Nachweisen im IMBH-Massenbereich ist eklatant. Bis jetzt , haben Astronomen schaffte es zu zwinkern aus a Handvoll Beobachtungen Das schlagen IMBHs vor , aber Modellierungen deuten darauf hin, dass es weitaus mehr davon geben sollte.
Schwarze Löcher, die normalerweise unsichtbar sind, offenbaren sich, wenn so etwas wie ein Stern etwas zu nahe kommt. Dann das Unermessliche Gezeitenkraft des Schwarzen Lochs – das Produkt seines Gravitationsfeldes – dehnt sich zunächst aus und zieht dann den Stern so stark, dass er auseinandergerissen wird.
Dieses Tidal Disruption Event (TDE) setzt einen strahlenden Lichtstrahl frei, bevor die Trümmer des zerfallenen Sterns allmählich hinter dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs verschwinden.
Ein Ereignis dieser Art mit der Bezeichnung 3XMM J215022.4−055108 (kurz J2150) wurde 2003 im Zentrum eines Sternhaufens am Rande einer 740 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie beobachtet. Im Laufe von 10 Jahren verblasste der helle Aufflackern und lieferte eine Fülle von Daten über das Ereignis. Analyse der Photonen schlug ein IMBH vor .
Unter der Leitung des Astronomen Sixiang Wen von der University of Arizona hat das neue Team die Daten erneut analysiert und sie mit anspruchsvollen theoretischen Modellen verglichen, um die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs genauer zu messen. Sie fanden heraus, dass der Übeltäter etwa 10.000 Sonnenmassen hat.
Und faszinierenderweise dreht es sich sehr schnell. Die Forscher konnten diesen schnellen Spin nutzen, um die Natur von zu erforschen Dunkle Materie . Wir wissen nicht, was dunkle Materie ist, aber wir wissen, ob sie aus hypothetischen Teilchen namens Ultraleicht besteht Bosonen , könnte sich das Schwarze Loch nicht so schnell drehen wie beobachtet.
Die schnelle Drehung des Schwarzen Lochs bietet auch einige Hinweise darauf, wie es gewachsen ist.
„Es ist möglich, dass das Schwarze Loch auf diese Weise entstanden ist und sich seitdem nicht viel verändert hat, oder dass zwei Schwarze Löcher mittlerer Masse kürzlich zu diesem hier verschmolzen sind.“ Sagte Zabludow .
„Wir wissen, dass der von uns gemessene Spin Szenarien ausschließt, in denen das Schwarze Loch über einen langen Zeitraum wächst, weil es ständig Gas frisst oder viele schnelle Gassnacks aus zufälligen Richtungen eintreffen.“
Wir wissen, dass durch Fusionen Schwarze Löcher im mittleren Massenbereich entstehen können; einer davon war im Jahr 2019 entdeckt , wodurch ein Schwarzes Loch mit der 142-fachen Sonnenmasse entsteht. Was wir nicht wissen, ist, wie oft dies geschieht und ob es die einzige Möglichkeit ist, dass Schwarze Löcher diese Größe erreichen können. Wir müssen mehr finden, um es herauszufinden.
Ein Ort, an dem wir sie finden könnten, sind die Zentren von Zwerggalaxien. Wir wissen, dass die Zentren fast aller Galaxien mit der Masse der Milchstraße oder größer supermassive Schwarze Löcher beherbergen, und dass die Masse des Schwarzen Lochs beträgt proportional auf die Masse der sphärischen Verteilung der Sterne, die in der Mitte der Galaxie konzentriert sind und als Bulge bezeichnet werden.
Es liegt auf der Hand, dass kleinere Galaxien daher kleinere Schwarze Löcher haben sollten, aber ihre tatsächliche Beobachtung hat sich als Herausforderung erwiesen. Wenn jedoch die meisten Zwerggalaxien ein IMBH umkreisen, könnten wir sie anhand ihrer durch Gezeiten verursachten Ausbrüche erkennen. Zuerst müssen wir die Erkennungsrate erhöhen, aber zukünftige Instrumente sollten das deutlich verbessern.
„Indem wir die Röntgenemission dieser Flares an theoretische Modelle anpassen, können wir eine Zählung der Population von Schwarzen Löchern mittlerer Masse im Universum durchführen.“ sagte Wen .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .