Juni 2, 2023

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Möglicherweise haben wir in unserem himmlischen Hinterhof ein seltenes „fehlendes“ Schwarzes Loch entdeckt: ScienceAlert

Im Zentrum einer Kugel aus Sternen, die durch die Milchstraße treibt, lauert ein Monster.

Der etwa 6.000 Lichtjahre entfernte Kugelsternhaufen namens Messier 4 scheint sich um ein Schwarzes Loch mit der 800-fachen Masse unserer Sonne zu gruppieren.

Das ist kein Federgewicht, aber auch alles andere als gigantisch. Tatsächlich liegt der Körper im selten gesehenen mittleren Massenbereich, zwischen den kleinsten Schwarze Löcher und super sperrige Chonker.

Bisher waren unsere einzigen Entdeckungen dieser Schwarzen Löcher indirekt und nicht schlüssig, und diese Entdeckung bildet da keine Ausnahme.

Allerdings ist es bisher einer der besten Kandidaten und nah genug dran, dass eine Folgestudie relativ einfach durchgeführt werden kann. Dies könnte uns helfen, endlich eines dieser schwer fassbaren Objekte endgültig zu finden und eines der rätselhaftesten Geheimnisse der Schwarzen Löcher zu lösen.

„In der Wissenschaft geht es selten darum, in einem Moment etwas Neues zu entdecken.“ sagt der Astronom Timo Brosti Europäische Weltraumorganisation. „Es geht darum, Schritt für Schritt sicherer über das Ergebnis zu werden, und das könnte ein Schritt sein, um sicherzustellen, dass Schwarze Löcher mittlerer Masse existieren.“

Wir haben viel zu viele Schwarze Löcher im Universum identifiziert und da passiert etwas sehr Seltsames ihre Massenverteilung. Es gibt zwei unterschiedliche Populationen: Schwarze Löcher mit stellarer Masse, die etwa das Hundertfache der Sonnenmasse haben; und supermassive Schwarze Löcher, die im Kern von Galaxien liegen und Millionen bis Milliarden Sonnen umgeben.

Zwischen diesen beiden Massenbereichen … zu viele, eigentlich gar nicht viel. Das stellt ein großes Rätsel dar. Im Grunde lautet die Frage: Warum nicht? Gibt es keine Schwarzen Löcher mittlerer Masse? Oder sind sie einfach da und wir können sie aus irgendeinem Grund nicht erkennen?

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Wir wissen, wie Schwarze Löcher mit Sternmasse entstehen – den grundlegenden Kollaps massereicher Sterne und die Verschmelzungen dieser Objekte. Aber da sind wir uns nicht so sicher Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher. Wachsen sie durch aufeinanderfolgende Verschmelzungen kleinerer Schwarzer Löcher oder absorbieren sie Material und nehmen an Größe zu?

Schwarze Löcher mittlerer Masse könnten ein Hinweis sein, was darauf hindeutet, dass sie klein anfangen und mit der Zeit massiv werden können. Es wäre sicherlich sehr sinnvoll, aber der Mangel an Ideen ist ein sehr wirksames Hindernis für diese Idee.

Eine mögliche Site Wo diese Schwarzen Löcher möglicherweise im Herzen von Kugelsternhaufen lauern. Dabei handelt es sich um unglaublich dichte, bemerkenswert kugelförmige Ansammlungen von etwa 100.000 bis etwa einer Million Sternen, die größtenteils gleichzeitig aus derselben Gaswolke entstanden sind. Frühere Studien, die sich auf Kugelsternhaufen konzentrierten, haben hohe Massenkonzentrationen in ihren Zentren festgestellt, die mit den Massenbereichen von Schwarzen Löchern mittlerer Masse übereinstimmen.

Messier 4 ist der der Erde am nächsten gelegene Kugelsternhaufen. Unter der Leitung des Astronomen Eduardo Vitral vom Space Telescope Science Institute nutzte ein Forscherteam zwei leistungsstarke Weltraumteleskope, das Hubble und das Gaia, um einen genaueren Blick auf die Sterne im Inneren zu werfen. Sie verfolgten die Bewegungen von etwa 6.000 Sternen im Sternhaufen, um zu sehen, ob sie diese Bewegungen mit den Umlaufbahnen um den kleinen, dichten Sternhaufen korrelieren könnten.

Normalerweise können wir Schwarze Löcher nicht sehen, wenn sich die Materie nicht aktiv ansammelt, aber diese Umlaufbahnen wären ein ziemlich zuverlässiger Anhaltspunkt. Ihre Berechnungen ergaben etwas, mit einer Masse von etwa 800 Sonnenmassen. Obwohl nicht klar ist, was das für ein Ding sein könnte.

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„Anhand der neuesten Gaia- und Hubble-Daten war es nicht möglich, einen dunklen Cluster von Reststernen von einer einzelnen, größeren punktförmigen Quelle zu unterscheiden.“ Vitral sagt. „Eine mögliche Theorie ist also, dass es sich bei dieser dunklen Masse nicht um viele einzelne kleine dunkle Objekte, sondern um ein mittelgroßes Schwarzes Loch handeln könnte.“

Um es einzugrenzen, führte das Team eine Sternmodellierung und -entfernung durch, um zu sehen, wie sich dadurch die Form des Sternhaufens verändert. Durch das Entfernen eines sich besonders schnell bewegenden Sterns wird die Masse über eine größere Entfernung verteilt, wie man es vielleicht an einem Schwarm kleiner Schwarzer Löcher und Neutronensterne sehen kann. Weitere Modellierungen zeigten, dass sich der Cluster nicht über eine Fläche ausbreitet, die groß genug ist, um einen solchen Schwarm zu bilden.

Außerdem wäre ein Schwarm schwarzer Löcher so nah beieinander, dass er im Grunde genommen Chaos verursachen würde. Gravitationswechselwirkungen führen dazu, dass Sterne aus dem Sternhaufen herausfliegen. verschmiere es Anarchismus über den Himmel. Möglicherweise haben wir die Auswirkungen bereits in einer Datei gesehen Der Sternhaufen namens Palomar 5.

„Wir sind zuversichtlich, dass wir eine sehr kleine Region mit viel konzentrierter Masse haben. Sie ist etwa dreimal kleiner als die dichtere dunkle Masse, die wir zuvor in anderen Kugelsternhaufen gefunden haben.“ Vitral sagt.

„Obwohl wir nicht absolut behaupten können, dass es sich um einen zentralen Schwerkraftpunkt handelt, können wir zeigen, dass er sehr klein ist. Er ist zu klein, als dass wir ihn anders erklären könnten, als dass es sich um ein einzelnes Schwarzes Loch handelt. Alternativ könnte es auch so sein.“ ein stellarer Mechanismus sein, über den wir nichts wissen, zumindest nicht in der aktuellen Physik.“

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Abgesehen von neuer Physik oder unsichtbaren Sternen scheint ein Schwarzes Loch mittlerer Masse derzeit die wahrscheinlichste Erklärung zu sein. Allerdings ist die Existenz einer Reihe kleiner Schwarzer Löcher immer noch eine realistische Erklärung. Die Forscher empfehlen weitere Beobachtungen des Sternhaufens mit Hubble und dem James-Webb-Weltraumteleskop, um die Bewegungen der Sterne darin besser einzuschränken.

Die Ergebnisse werden veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.