Astronomen entdecken das erdnächste Schwarze Loch

Sternähnliche Schwarze Löcher entstehen, wenn ein massereicher Stern das Ende seines Lebenszyklus erreicht und in einer Supernova explodiert. Astronomen haben jetzt herausgefunden, dass das nächste Beispiel eines solchen Schwarzen Lochs 1.560 Lichtjahre entfernt ist. Es ist ein inaktives und daher unsichtbares Schwarzes Loch von zehn Sonnenmassen, das einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Subtile Veränderungen in seinen Bewegungen verrieten die Anwesenheit des „schweigenden“ Partners. Es ist jedoch noch nicht klar, wie dieses Paar entstanden ist, da die Entfernung zwischen dem Stern und dem Schwarzen Loch nicht zu den allgemeinen Vorstellungen passt.

Es wird geschätzt, dass es in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, einhundert Millionen stellare Schwarze Löcher gibt. Bisher konnten Astronomen jedoch nur einen winzigen Bruchteil von ihnen aufspüren – einige Dutzend Exemplare. Diese Schwarzen Löcher waren meist Teil von Doppelsternsystemen und verschenkten sich selbst, indem sie Material von ihrem Begleitstern ansaugten. Als Akkretionsscheibe erwärmt sich das den Ereignishorizont umkreisende Gas so stark, dass es hochenergetische Röntgenstrahlen aussendet und das gesamte System als Röntgendoppelstern sichtbar wird. Andere Schwarze Löcher wurden aus Gravitationswellen entdeckt, die freigesetzt werden, wenn sie mit einem anderen Schwarzen Loch oder Neutronenstern verschmelzen.

Suchen Sie nach “stillen” schwarzen Löchern

Inaktive stellare Schwarze Löcher sind jedoch viel schwieriger zu finden. Da sie keine Materie absorbieren, wird keine Strahlung aus ihrer unmittelbaren Umgebung emittiert, gleichzeitig absorbieren diese Löcher jedoch jegliche Strahlung, die in ihren Anziehungsbereich fällt. Es stimmt, dass es in den letzten Jahren mehrere Berichte über die angebliche Entdeckung ruhender Schwarzer Löcher gab. Sie basierten meist auf Anomalien in den Umlaufbahnen dieser “dunklen” Partner oder in den Spektren ihrer Begleitsterne. Aber die meisten dieser Kandidaten wurden durch spätere Untersuchungen bestätigt oder sogar widerlegt. Andere, wie das inaktive Schwarze Loch im Doppelsternsystem V723 Mon, das 2021 nur 1.500 Lichtjahre entfernt entdeckt wurde, wurden noch nicht bestätigt.

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Astronomen um Kareem El-Badry vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA haben nun einen etwas anderen Ansatz gewählt. Bei der Suche nach stillen Schwarzen Löchern wurde der kürzlich veröffentlichte dritte Datensatz des europäischen Weltraumteleskops Gaia ausgewertet. Es enthält auch die Bewegungsdaten und Positionen der mehr als 800.000 Doppelsternsysteme in unserer Galaxie. In diesen Daten suchten El-Badry und sein Team speziell nach Systemen, in denen einer der Sterne die Umlaufbahnänderungen aufweist, die für die Anwesenheit eines massereicheren Partners charakteristisch sind, aber an diesem Punkt finden die Teleskopbeobachtungen keine sichtbaren Partner. Das Team fand sechs Kandidaten, deren Bewegung auf ein inaktives Schwarzes Loch in der Nähe hinweisen könnte. Um diese Kandidaten zu überprüfen, verwendeten Astronomen mehrere bodengestützte Teleskope, um die Sechs-Sterne-Systeme zu beobachten, einschließlich des Gemini North-Teleskops auf Hawaii, um Änderungen der Strahlgeschwindigkeit und des Lichtspektrums zu nutzen, um die Bewegung und Masse der Objekte zu reduzieren. beinhaltet.

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Der unsichtbare Partner eines sonnenähnlichen Sterns

Ein Kandidat hat allen Untersuchungen standgehalten: Gaia BH1, ein etwa 1.560 Lichtjahre entferntes Doppelsternsystem, das aus einem sonnenähnlichen Stern und einem schwereren unsichtbaren Begleiter besteht – einem inaktiven Schwarzen Loch. „Unsere Folgeanalysen mit Gemini haben eindeutig bestätigt, dass dieser Doppelstern einen normalen Stern und mindestens ein inaktives Schwarzes Loch enthält“, berichteten die Astronomen. „Wir haben kein plausibles astrophysikalisches Szenario gefunden, das die beobachtete Umlaufbahn des Systems ohne die Beteiligung mindestens eines Schwarzen Lochs erklären könnte.“ Gaia BH1 ist damit das erste eindeutig nachgewiesene stille stellare Schwarze Loch in der Milchstraße – und gleichzeitig das uns am nächsten stehende stellare Schwarze Loch, wie Astronomen erklären. „Ich habe die letzten vier Jahre nach einem System wie dem Gaia BH1 gesucht und alle möglichen Methoden ausprobiert – aber keine davon hat funktioniert. Umso mehr freue ich mich, dass diese Suche endlich erfolgreich war“, sagt El-Badry.

Genaueren Analysen zufolge hat das unsichtbare Schwarze Loch in Gaia BH1 etwa zehn Sonnenmassen, während der sonnenähnliche Begleitstern nur etwa eine Sonnenmasse hat. Beide Objekte umkreisen sich im gleichen Abstand von der Sonne wie die Erde. „Mit einer Umlaufzeit von 185,6 Tagen ist die Umlaufbahn weiter entfernt als jede andere bekannte Stern-Schwarzes-Loch-Doppelbindung“, berichten El-Badry und Kollegen. Doch genau das bereitet den Astronomen Probleme, denn aktuelle Ausbildungsmodelle passen nicht in dieses System. Berechnungen zufolge hatte der Vorläufer des Schwarzen Lochs eine Masse von mindestens 20 Sonnenmassen und war dementsprechend kurzlebig. Daher soll er sich zum Überriesen aufgeblasen und den kleineren Begleitstern in seiner Anfangszeit verschlungen haben. Wären beide Partner näher zusammengerückt, hätte die Wechselwirkung mit dem Begleitstern diese Inflation verhindern können. Aber das war eindeutig nicht der Fall, wie El-Badry und sein Team erklären.

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Bislang können Astronomen nur vermuten, wie dieses Stern-Schwarzes-Loch-Paar entstanden ist. Daher ist es denkbar, dass das System aus einem Sternhaufen stammen könnte. Dann könnten die Gravitationsturbulenzen den kleineren Begleitstern, der zuvor weiter entfernt kreiste, in die Umlaufbahn gebracht haben. Es ist auch möglich, dass Gaia BH1 ein Dreifachsternsystem mit zwei eng umkreisenden massereichen Sternen war. Diese hinderten sich gegenseitig daran, Überriesen zu werden und bildeten dann zwei Schwarze Löcher, die sich nun so eng umkreisen, dass sie wie eins erscheinen. Eine genauere Untersuchung dieses ungewöhnlichen Systems könnte ergeben, dass dies der Fall ist.

Quelle: Kareem El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, doi: 10.1093/mnras/stac3140

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