Bild: Bild des Hubble-Weltraumteleskops eines entfernten Sterns, der von einem unsichtbaren Objekt beleuchtet und verzerrt wird, aber zwischen Erde und Erde extrem kompakt und schwer ist. Das kompakte Objekt – das von Astronomen der UC Berkeley auf die 1,6- bis 4,4-fache Masse unserer Sonne geschätzt wird – könnte ein frei schwebendes Schwarzes Loch sein, möglicherweise eines der 200 Millionen in der Milchstraße.
Bildnachweis: Bild mit freundlicher Genehmigung von STScI / NASA / ESA
Wenn der Tod großer Sterne Schwarze Löcher hinterlässt, wie Astronomen glauben, sollten Hunderte Millionen über die Milchstraße verstreut sein. Das Problem ist, dass die isolierten Schwarzen Löcher nicht sichtbar sind.
Jetzt hat ein Team unter der Leitung der University of California, Berkeley, zum ersten Mal entdeckt, wie ein frei schwebendes Schwarzes Loch aussehen könnte, indem es die Helligkeit eines entfernten Sterns beobachtet hat, während sein Licht durch das starke Gravitationsfeld eines verzerrt wird Objekt, sogenannte Mikrogravitation.
Das Team wird von dem Doktoranden Casey Lam und Jessica Low, einer außerordentlichen Professorin für Astronomie an der University of California, Berkeley, geleitet, die schätzen, dass die Masse des unsichtbaren kompakten Objekts zwischen dem 1,6- und 4,4-fachen der Sonne liegt. Da Astronomen glauben, dass die Überreste eines toten Sterns schwerer als 2,2 Sonnenmassen sein müssen, um in ein Schwarzes Loch zu kollabieren, warnen Forscher der UC Berkeley, dass das Objekt ein Neutronenstern anstelle eines Schwarzen Lochs sein könnte. Neutronensterne sind ebenfalls sehr dichte und kompakte Objekte, aber ihre Schwerkraft wird durch den Innendruck der Neutronen ausgeglichen, was einen späteren Kollaps in einem Schwarzen Loch verhindert.
Ob es sich um ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern handelt, das Objekt ist der erste dunkle Überrest eines Sterns: ein stellarer „Geist“, der entdeckt wurde, als er ohne Verbindung zu irgendeinem anderen Stern durch die Galaxie wanderte.
„Dies ist das erste schwimmende Schwarze Loch oder der erste Neutronenstern, der von Mikrogravitationslinsen entdeckt wurde“, sagte Lu. „Mit dem feinsten Objektiv können wir diese isolierten und komprimierten Objekte untersuchen und wiegen. Ich denke, wir haben ein neues Fenster zu diesen dunklen Objekten geöffnet, die sonst nicht zu sehen sind.“
Die Bestimmung, wie viele dieser kompakten Objekte die Milchstraße bewohnen, wird Astronomen helfen, die Entwicklung von Sternen zu verstehen, insbesondere wie sie sterben, und die Entwicklung unserer Galaxie, und möglicherweise enthüllen, ob eines der unsichtbaren Schwarzen Löcher das ist, was sie sind . Kosmologen glauben, dass während des Urknalls große Mengen produziert wurden.
Die Analyse von Lam, Lu und seinem internationalen Team wurde zur Veröffentlichung in Astrophysical Journal Letters angenommen. Die Analyse umfasst vier weitere Mikrolinsenereignisse, von denen das Team zu dem Schluss kam, dass sie nicht von einem Schwarzen Loch verursacht wurden, obwohl zwei wahrscheinlich von einem Weißen Zwerg oder einem Neutronenstern verursacht wurden. Das Team kam auch zu dem Schluss, dass die wahrscheinliche Anzahl von Schwarzen Löchern in der Galaxie 200 Millionen beträgt, was ungefähr den Erwartungen der meisten Theoretiker entspricht.
Gleiche Daten, unterschiedliche Schlussfolgerungen
Überraschenderweise analysierte ein konkurrierendes Team des Baltimore Institute of Space Telescope Science (STScI) dasselbe Mikrolinsenereignis und stellte fest, dass die Masse des kompakten Objekts näher bei 7,1 Sonnenmassen und einem unbestreitbaren schwarzen Loch liegt. Das Papier, das die Analyse des STScI-Teams unter der Leitung von Kailash Sahu beschreibt, wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.
Beide Teams verwendeten die gleichen Daten: photometrische Messungen der Helligkeit eines entfernten Sterns, wenn sein Licht verzerrt oder von dem stark komprimierten Objekt “reflektiert” wurde, und astronomische Messungen der Position des entfernten Sterns am Himmel aufgrund der Schwerkraft. Verzerrung durch das Linsenobjekt. Die optischen Daten stammen aus zwei Mikrolinsen-Durchmusterungen: dem Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), das ein 1,3-Meter-Teleskop in Chile verwendet, das von der Universität Warschau betrieben wird, und dem Microlens Observations in Astrophysics (MOA), das auf einem 1 ,8-Meter-Teleskop in Neuseeland, betrieben von der Universität Warschau, Universität Osaka. Astronomische Daten stammen vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA. STScI verwaltet das wissenschaftliche Programm des Teleskops und führt seinen wissenschaftlichen Betrieb durch.
Da die beiden Präzisionslinsenbeobachter dasselbe Objekt entdeckten, hat es zwei Namen: MOA-2011-BLG-191 und OGLE-2011-BLG-0462, kurz OB110462.
Während Durchmusterungen wie diese jedes Jahr etwa 2.000 helle Sterne mit Mikrolinsen in der Milchstraße entdecken, war es die Hinzufügung astronomischer Daten, die es den beiden Teams ermöglichte, die Masse und Entfernung des kompakten Objekts der Erde zu bestimmen. Das Team unter der Leitung der University of California, Berkeley, schätzte, dass es zwischen 2.280 und 6.260 Lichtjahre (700-1920 Parsec) entfernt war, in Richtung des Zentrums der Milchstraße und in der Nähe der großen, schwarz bedeckten Ausbuchtung der zentralen Supermasse von Galaxie Galaxie umgibt das Loch.
Der STScI-Cluster wird auf etwa 5.153 Lichtjahre (1.580 Parsec) Entfernung geschätzt.
Ich suche eine Nadel im Heuhaufen
Lou und Lam interessierten sich zum ersten Mal für den Körper im Jahr 2020, nachdem das STScI-Team zum ersten Mal bemerkte, dass die fünf von Hubble beobachteten Mikrolinsenereignisse, die alle mehr als 100 Tage dauerten und daher schwarze Löcher sein könnten, wahrscheinlich nicht von kompakten Objekten stammen. .
Lu, der seit 2008 nach frei beweglichen Schwarzen Löchern sucht, dachte, die Daten würden ihm helfen, ihre Häufigkeit in der Galaxie besser abzuschätzen, die auf zwischen 10 Millionen und 1 Milliarde geschätzt wird. Bisher wurden nur sterngroße Schwarze Löcher als Teil von Doppelsternsystemen gefunden. Schwarze Löcher werden in Doppelsternen entweder durch Röntgenstrahlen gesehen, die entstehen, wenn Materie von einem Stern auf ein Schwarzes Loch fällt, oder durch moderne Gravitationswellendetektoren, die empfindlich auf die Verschmelzung von zwei oder mehr Löchern reagieren. Aber diese Ereignisse sind selten.
“Casey und ich haben uns die Daten angesehen und waren sehr interessiert. Wir sagten: ‘Wow, es gibt keine schwarzen Löcher'”, sagte Lu. Das sei erstaunlich, “obwohl es dort hätte sein sollen.” „Und so fingen wir an, uns die Daten anzusehen. Wenn es wirklich keine schwarzen Löcher in den Daten gäbe, würde das nicht zu unserem Modell passen, wie viele schwarze Löcher es in der Milchstraße geben sollte. Etwas musste sich im Verständnis von ändern schwarze Löcher, ob ihre Anzahl, Geschwindigkeit oder Masse “.
Als Lahm die Photometrie und Astrometrie von fünfminütigen Linsenereignissen analysierte, war ich überrascht, dass eines, OB110462, die Eigenschaften eines kompakten Körpers hatte: Der Körper der Linse sah dunkel aus und war daher kein Stern; Die Sternenhelligkeit hielt lange an, fast 300 Tage; Die Verzerrung der Position des Hintergrundsterns war ebenfalls langfristig.
Lamm sagte, die Dauer des Linsenereignisses sei der Haupttipp. Im Jahr 2020 bestand die beste Möglichkeit, nach Mikrolinsen für Schwarze Löcher zu suchen, darin, nach sehr langen Ereignissen zu suchen. Nur 1 % der kleinen Linsenereignisse, die erkannt werden können, stammen wahrscheinlich von Schwarzen Löchern, daher wäre die Betrachtung aller Ereignisse wie die Suche nach einer Nadel im Heuhaufen. Aber laut Lamm sind etwa 40 % der Mikrolinsenereignisse, die länger als 120 Tage andauern, wahrscheinlich Schwarze Löcher.
„Die Dauer des hellen Ereignisses ist ein Indiz dafür, wie hoch die Beugungslinse des Vordergrundlichts vom Hintergrundstern abweicht“, sagte Lamm. „Längere Ereignisse sind wahrscheinlich auf Schwarze Löcher zurückzuführen. Das ist keine Garantie, denn die Länge des glänzenden Rings hängt nicht nur von der massiven Masse der Vordergrundlinse ab, sondern auch davon, wie schnell sie sich bewegen. die Linse im Vordergrund und die Stern im Hintergrund in Relation dazu. Wenn wir jedoch auch Messungen für den Hintergrund erhalten, die scheinbare Position des Sterns, können wir bestätigen, ob die Linse im Vordergrund wirklich ein Schwarzes Loch ist. “
Laut Lu war die Gravitationswirkung von OB110462 auf das Sternenlicht im Hintergrund überraschend lang. Es dauerte etwa ein Jahr, bis der Stern 2011 seinen Höhepunkt erreichte, und dann etwa ein Jahr, um wieder normal zu werden.
Mehr Daten werden ein Schwarzes Loch von einem Neutronenstern unterscheiden
Um zu bestätigen, dass OB110462 von einem extrem kompakten Objekt stammte, forderten Low und Lam weitere astronomische Daten von Hubble an, von denen einige letzten Oktober eintrafen. Diese neuen Daten zeigten, dass die Positionsänderung des Sterns aufgrund des Gravitationsfeldes der Linse noch 10 Jahre nach dem Ereignis zu beobachten war. Weitere Hubble-Mikrolinsenbeobachtungen sind vorläufig für Herbst 2022 geplant.
Die Analyse der neuen Daten bestätigte, dass OB110462 wahrscheinlich ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern war.
Low und Lam vermuten, dass die unterschiedlichen Schlussfolgerungen der beiden Teams darauf zurückzuführen sind, dass die astronomischen und photometrischen Daten unterschiedliche Messungen der …