Die Milchstraße enthält ein neu entdecktes massives Schwarzes Loch, das in der Nähe der Erde lauert! Dieser schlafende Riese wurde vom europäischen Weltraumteleskop Gaia entdeckt, das die Bewegung von Milliarden Sternen in unserer Galaxie verfolgt.
Schwarze Löcher mit stellarer Masse entstehen, wenn einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht und er kollabiert. Die neue Entdeckung ist ein Meilenstein, da es das erste Mal ist, dass ein großes Schwarzes Loch dieses Ursprungs in der Nähe der Erde gefunden wurde.
Das Schwarze Loch mit stellarer Masse namens Gaia-BH3 ist 33-mal massereicher als unsere Sonne. Das bisher massereichste Schwarze Loch dieser Klasse, das in der Milchstraße gefunden wurde, war ein Schwarzes Loch im Röntgendoppelsternsystem im Sternbild Schwan (Cyg X-1), das eine geschätzte Masse von etwa dem 20-fachen der Sonne hat. Das durchschnittliche stellare Schwarze Loch in der Milchstraße ist etwa zehnmal schwerer als die Sonne.
Gaia-BH3 befindet sich nur 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist damit das zweitnächste Schwarze Loch unseres Planeten, das jemals entdeckt wurde. Das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch ist Gaia-BH1 (ebenfalls von Gaia entdeckt), das 1.560 Lichtjahre entfernt liegt. Gaia-BH1 hat eine Masse von etwa dem 9,6-fachen der Sonnenmasse und ist damit viel kleiner als dieses neu entdeckte Schwarze Loch.
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„Gaia BH3 zu finden ist wie der Moment im Film ‚Matrix‘, in dem Neo beginnt, die Matrix zu ‚sehen‘“, sagte George Seabrook, Wissenschaftler am Mullard Space Science Laboratory am University College London und Mitglied von Gaias Black Hole Task Gewalt. sagte er in einer an Space.com gesendeten Erklärung. „In unserem Fall ist die ‚Matrix‘ die Ansammlung ruhender stellarer Schwarzer Löcher in unserer Galaxie, die vor uns verborgen waren, bevor Gaia sie entdeckte.“
Seabrook fügte hinzu, dass Gaia BH3 ein wichtiger Hinweis auf diese Gruppe sei, da es das massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Galaxie sei.
Natürlich ist Gaia-BH3 klein im Vergleich zu dem supermassereichen Schwarzen Loch Sagittarius A* (Sgr A*), das das Herz der Milchstraße dominiert und eine Masse von 4,2 Millionen Sonnenmassen hat. Supermassereiche Schwarze Löcher wie Sgr A* entstehen nicht durch den Tod massereicher Sterne, sondern durch die Verschmelzung immer größerer Schwarzer Löcher.
Ein schlafendes riesiges Schwarzes Loch hat dazu geführt, dass ein Sternbegleiter wackelt
Alle Schwarzen Löcher haben eine äußere Grenze, die als Ereignishorizont bezeichnet wird. An diesem Punkt übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs die Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass der Ereignishorizont eine unidirektionale, lichteinfangende Oberfläche ist, über die hinaus keine Information entweichen kann.
Infolgedessen emittieren oder reflektieren Schwarze Löcher kein Licht, was bedeutet, dass sie nur „gesehen“ werden können, wenn sie von Material umgeben sind, das sich nach und nach von ihnen ernährt. Manchmal bedeutet dies, dass ein Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem Material von einem Begleitstern entzieht und um ihn herum eine Scheibe aus Gas und Staub bildet.
Der massive Gravitationseinfluss von Schwarzen Löchern erzeugt in der umgebenden Materie starke Gezeitenkräfte, die dazu führen, dass diese zusammen mit der zerstörten und verbrauchten Materie hell leuchtet und Röntgenstrahlen aussendet. Darüber hinaus kann Materie, die nicht vom Schwarzen Loch gespeist wird, zu seinen Polen gelenkt und dann in Form von Jets mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit freigesetzt werden, die mit der Emission von Licht einhergehen.
All diese Lichtemissionen könnten es Astronomen ermöglichen, Schwarze Löcher zu beobachten. Die Frage ist: Wie können „ruhende“ Schwarze Löcher entdeckt werden, die sich nicht von dem sie umgebenden Gas und Staub ernähren? Was wäre zum Beispiel, wenn ein Schwarzes Loch mit stellarer Masse einen Begleitstern hat, die beiden aber zu weit voneinander entfernt sind, als dass das Schwarze Loch Sternmaterie von seinem Doppelsternpartner an sich reißen könnte?
In solchen Fällen kreisen das Schwarze Loch und sein Begleitstern um einen Punkt, der den Massenschwerpunkt des Systems darstellt. Dies ist auch dann der Fall, wenn er einen leichten Begleitstern umkreist, beispielsweise einen anderen Stern oder sogar einen Planeten.
Die Rotation um den Massenschwerpunkt führt zu einer Schwingung in der Bewegung des Sterns, was die Astronomen beobachten. Da Gaia in der Lage ist, die Bewegung von Sternen genau zu messen, ist es das perfekte Instrument, um dieses Wackeln zu beobachten.
Gaias Black Hole Task Force machte sich auf die Suche nach seltsamen Schwingungen, die nicht durch die Anwesenheit eines anderen Sterns oder Planeten erklärt werden können und auf einen schwereren Begleiter, vielleicht ein Schwarzes Loch, hinweisen.
Das Team konzentrierte sich auf einen alten Riesenstern im Sternbild Aquila, der 1.926 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt, und entdeckte ein Wackeln in der Bahn des Sterns. Diese Schwingung weist darauf hin, dass der Stern in einer Umlaufbahn mit einem trägen Schwarzen Loch von außergewöhnlich hoher Masse steht. Sie sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der zwischen der Entfernung zwischen der Sonne und Neptun an ihrer breitesten Stelle und zwischen unserem Stern und Jupiter an ihrer nächsten Stelle liegt.
„Es ist ein echtes Nashorn“, sagte der leitende Forscher Pascual Panozzo vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung am Pariser Observatorium in Frankreich in einer Erklärung. „Das ist die Art von Entdeckung, die man einmal in seinem Forscherleben macht. Bisher wurden Schwarze Löcher dieser Größe dank Gravitationswellenbeobachtungen nur durch die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration in fernen Galaxien entdeckt.“
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Dank Gaias Sensibilität war die Black Hole Task Force auch in der Lage, die Masse von Gaia-BH3 einzuschränken und stellte fest, dass es 33 Sonnenmassen hat.
„Gaia-BH3 ist das erste Schwarze Loch, dessen Masse wir mit großer Präzision messen können“, sagte Tzivi Mazi, Wissenschaftlerin und Mitglied der Gaia-Kollaboration an der Universität Tel Aviv. „Die Masse des Objekts ist 30-mal größer als die Masse unserer Sonne, was typisch für die Schätzungen ist, die wir über die Masse sehr weit entfernter Schwarzer Löcher haben, die wir durch Gravitationswellenexperimente beobachten. Die Gaia-Messungen liefern den ersten unbestreitbaren Beweis dafür.“ [stellar-mass] Es gibt tatsächlich so große Schwarze Löcher.“
Allerdings dürfte das Gaia-BH3-System für Wissenschaftler nicht nur wegen seiner Nähe zur Erde und der Masse seines Schwarzen Lochs von großem Interesse sein.
Der Stern in diesem System ist ein Unterriese, etwa fünfmal so groß wie die Sonne und 15-mal so hell, obwohl er kühler und weniger dicht ist als unser Stern. Der Begleitstern Gaia-BH3 besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den beiden leichtesten Elementen im Universum, und enthält keine schwereren Elemente, die Astronomen (etwas verwirrend) „Metalle“ nennen.
Die Tatsache, dass dieser Stern „metallarm“ ist, legt nahe, dass dem Stern, der kollabierte und starb und Gaia-BH3 entstand, auch schwerere Elemente fehlten. Es wird erwartet, dass metallarme Sterne im Laufe ihres Lebens mehr Masse verlieren als ihre metallreichen Gegenstücke. Daher fragen sich Wissenschaftler, ob sie genug Masse behalten können, um Schwarze Löcher hervorzubringen. Gaia-BH3 ist der erste Hinweis darauf, dass metallarme Sterne dies tatsächlich können.
„Die nächste Gaia-Datenveröffentlichung wird voraussichtlich noch mehr Daten enthalten, die uns helfen werden, mehr von der Reihe zu sehen und zu verstehen, wie ruhende stellare Schwarze Löcher entstehen“, schloss Seabrook.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden heute (16. April) in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysik.
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