Astronomen könnten „dunkle“ Hitze entdeckt haben

Bildnachweis: Bild mit freundlicher Genehmigung von STScI / NASA / ESA

Wenn der Tod großer Sterne Schwarze Löcher hinterlassen hat, müssten nach Schätzungen von Astronomen Hunderte Millionen von ihnen über die gesamte 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, was ein freischwebendes Schwarzes Loch sein kann, indem es die Helligkeit eines fernen Sterns beobachtete, während sein Licht durch das starke Gravitationsfeld des Objekts verzerrt wird. – Mikrogravitation genannt.

Das Team wird von dem Doktoranden Casey Lam und Jessica Lowe, einer außerordentlichen Professorin für Astronomie an der University of California, Berkeley, geleitet, die schätzt, 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 und kein Schwarzes Loch sein könnte. Neutronensterne sind ebenfalls sehr dichte und kompakte Objekte, aber ihre Schwerkraft wird durch den Neutroneninnendruck ausgeglichen, der einen weiteren Kollaps in einem Schwarzen Loch verhindert.

Egal, ob es sich um ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern handelt, das Objekt ist der erste dunkle Überrest eines Sterns – ein entdeckter stellarer „Geist“, der unabhängig von irgendeinem anderen Stern durch die Galaxie streift.

„Dies ist das erste schwimmende Schwarze Loch oder der erste Neutronenstern, der von einer Mikrogravitationslinse entdeckt wurde“, sagte Lou. „Mit einem feineren Objektiv können wir diese isolierten, komprimierten Objekte untersuchen und wiegen. Ich denke, wir haben ein neues Fenster zu diesen dunklen Objekten geöffnet, die auf andere Weise nicht gesehen werden können.

Die Bestimmung, wie viele dieser kompakten Objekte die Milchstraße bewohnen, wird Astronomen dabei helfen, die Entwicklung von Sternen – insbesondere wie sie sterben – und die Entwicklung unserer Galaxie zu verstehen und möglicherweise zu enthüllen, ob es sich bei einem der unsichtbaren Schwarzen Löcher um primäre Schwarze Löcher handelt. Kosmologen glauben, dass während des Urknalls große Mengen produziert wurden.

Die Analyse von Lam, Lou und ihrem internationalen Team wurde zur Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters angenommen. Die Analyse umfasste 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 die meisten Theoretiker erwartet hatten.

Gleiche Daten, unterschiedliche Schlussfolgerungen

Bemerkenswerterweise analysierte ein konkurrierendes Team des Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore dasselbe Ereignis mit Mikroleasing und behauptete, dass die Masse des kompakten Objekts näher bei 7,1 Sonnenmassen und einem unbestreitbaren Schwarzen Loch lag. Ein 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, weil sein Licht von dem stark komprimierten Objekt verzerrt oder “reflektiert” wurde, und astronomische Messungen der sich aufgrund der Schwerkraft ändernden Position eines entfernten Sterns am Himmel. Verzerrung des Linsenobjekts. Optische Daten stammen aus zwei Mikrolinsenstudien: dem Optical Gravity Lens Experiment (OGLE), das ein 1,3-Meter-Teleskop in Chile verwendet, das von der Universität Warschau betrieben wird, und den Microlens Observations in Astrophysics (MOA), das bei 1,8 – New montiert ist Zealand Meter Telescope, 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 beide Präzisionsobjektive dasselbe Objekt erkennen, hat es zwei Namen: MOA-2011-BLG-191 und OGLE-2011-BLG-0462, kurz OB110462.

Während Studien wie diese jedes Jahr etwa 2.000 helle Sterne durch Mikrolinsen in der Milchstraße entdecken, hat die Hinzufügung astronomischer Daten es beiden Teams ermöglicht, die Masse und Entfernung des kompakten Objekts von der Erde zu bestimmen. Das Team unter der Leitung der University of California in Berkeley schätzte, dass es zwischen 2.280 und 6.260 Lichtjahre (700-1920 Parsec) entfernt ist, in Richtung des Zentrums der Milchstraße und in der Nähe der großen Ausbuchtung, die das zentrale supermassereiche Schwarz der Galaxie bedeckt Galaxis.

Der STScI-Cluster wird auf etwa 5.153 Lichtjahre (1.580 Parsec) von uns 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 erstmals feststellte, dass die fünf von Hubble beobachteten Mikrolinsenereignisse – die alle länger als 100 Tage dauerten und daher Schwarze Löcher sein könnten – wahrscheinlich nicht durch kompakte Objekte verursacht werden. .

Lou, die seit 2008 nach frei beweglichen Schwarzen Löchern sucht, sagte, die Daten würden ihr helfen, ihre Häufigkeit in der Galaxie besser abzuschätzen, die auf zwischen 10 Millionen und 1 Milliarde geschätzt wird. Bisher wurden sterngroße Schwarze Löcher nur als Teil von Doppelsternsystemen entdeckt. Schwarze Löcher sind in Doppelsternen oder in Röntgenstrahlen zu sehen, die erhalten werden, wenn Materie von einem Stern auf ein Schwarzes Loch fällt, oder von modernen Gravitationswellendetektoren, die für die Verschmelzung von zwei oder mehr Schwarzen Löchern empfindlich sind. Aber diese Ereignisse sind selten.

„Casey und ich haben uns die Daten angesehen und waren wirklich interessiert. Wir sagten: „Wow, keine schwarzen Löcher“, sagte Lou. Es ist erstaunlich, „obwohl es da sein musste.“ Also begannen wir, uns die Daten anzusehen. Wenn es wirklich keine Schwarzen Löcher in den Daten gäbe, würde dies nicht mit unserem Modell übereinstimmen, wie viele Schwarze Löcher es in der Milchstraße geben sollte. Etwas musste sich am Verständnis von Schwarzen Löchern ändern – oder ihrer Anzahl, Geschwindigkeit oder Masse.“

Als Lam die Photometrie und Astrometrie der fünfminütigen Linsenereignisse analysierte, war ich überrascht, dass eine, OB110462, die Eigenschaften eines kompakten Körpers hatte: Der Linsenkörper sah dunkel aus und war daher kein Stern; Die Helligkeit der Sterne hielt lange an, fast 300 Tage; Die Verzerrung der Position des Hintergrundsterns war ebenfalls langfristig.

Lam sagte, die Länge der Veranstaltung für das Objektiv sei das wichtigste Highlight. 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 Lam sind etwa 40 % der Mikrolinsenereignisse, die länger als 120 Tage andauern, wahrscheinlich Schwarze Löcher.

„Wie lange das helle Ereignis dauert, ist ein Hinweis darauf, wie stark die Vordergrundlinse das Licht des Hintergrundsterns beugt“, sagte Lam. „Längere Ereignisse sind höchstwahrscheinlich auf Schwarze Löcher zurückzuführen. Dies ist keine Garantie, da die Länge des Lichtrings nicht nur davon abhängt, wie massiv die Vordergrundlinse ist, sondern auch davon, wie schnell sich die Vordergrundlinse und der Hintergrundstern relativ dazu bewegen. Aber indem wir den Hintergrund der sichtbaren Position des Sterns messen, können wir bestätigen, ob die Linse im Vordergrund wirklich ein Schwarzes Loch ist.

Laut Lou ist die Gravitationswirkung von OB110462 auf das Licht des Hintergrundsterns 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 stammt, forderten Lowe und Lam weitere astronomische Daten von Hubble an, von denen einige letzten Oktober eintrafen. Diese neuen Daten zeigen, dass die Positionsänderung des Sterns durch das Gravitationsfeld der Linse noch 10 Jahre nach dem Ereignis zu beobachten ist. Weitere Hubble-Beobachtungen von Mikrolinsen sind vorläufig für den Herbst 2022 geplant.

Die Analyse der neuen Daten bestätigte, dass OB110462 höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern war.

Lowe und Lam vermuten, dass die unterschiedlichen Schlussfolgerungen der beiden Teams darauf zurückzuführen sind, dass astronomische und photometrische Daten unterschiedliche Maße für …