Ein Schwarzes Loch mittlerer Masse ist das fehlende Bindeglied zwischen sterngroßen Schwarzen Löchern und supermassiven Riesen.
Im Zentrum fast jeder großen Galaxie befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Diese Titanen, milliardenfach die Masse der Sonne, beeinflussen die Entwicklung der Galaxien, in deren Herzen sie sich befinden.
Astronomen können jedoch nicht verstehen, wie sie solch enorme Ausmaße erreicht haben. Einige von ihnen scheinen sich nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet zu haben.als das Universum nur 4% seines gegenwärtigen Alters war. Unter dem Gesichtspunkt, wie wir den Wachstumsprozess von Schwarzen Löchern verstehen, scheint dies unmöglich. „Es würde einfach nicht genug Zeit geben, um so früh ein so massives Schwarzes Loch zu schaffen“, sagt Lukasz Wyrzykowski, Astronom an der Universität Warschau. "Das heißt, ohne etwas, aus dem sie wachsen könnten", stellt er klar.
Es wird angenommen, dass solche "Samen" Schwarze Löcher mittlerer Masse sind - riesige Schwarze Löcher, die fehlende Verbindung zwischen Schwarzen Löchern mit Sternmasse, die durch den Tod von Sternen gebildet wurden, und supermassiven Schwarzen Löchern. Schwarze Löcher mittlerer Masse sollten zwischen 100 und 100.000 Sonnenmassen wiegen. Laut Wissenschaftlern stellen sie ein kritisches Stadium für das Wachstum von Monstern in den Zentren von Galaxien dar.
Das Hauptproblem ist, dass sie schwer zu erkennen sind. "Schwarze Löcher emittieren nichts", sagte Daniel Holtz , Astrophysiker an der Universität von Chicago. "Sie sind also sehr schwer zu finden."
Astronomen haben bereits mehrere potenzielle Kandidaten für den Titel "Schwarzes Loch mittlerer Masse" identifiziert. Letztes Jahr entdeckten sie mit dem Hubble-Weltraumteleskop ein Schwarzes Loch mit 50.000 Sonnenmassen, das einen Stern verschlingt . HLX-1, ein weiterer Kandidat, der 20.000 Mal schwerer als die Sonne ist, scheint dasselbe zu tun .
Die Forscher behaupten, dank der neuen Methode ein Schwarzes Loch mit einem Gewicht von bis zu 55.000 Sonnenenergie gefunden zu haben. Ein Artikel über diese Entdeckung wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht In der Naturastronomie wird auch eine Suchstrategie vorgestellt, mit deren Hilfe in Zukunft viele weitere ähnliche Schwarze Löcher gefunden werden können.
Die Studie wurde von James Painter , einem Doktoranden an der Universität von Melbourne, geleitet. Im Jahr 2018 bat ihn die wissenschaftliche Beraterin und Co-Autorin von Painter, Rachel Webster , etwa 2.700 Gammastrahlenausbrüche (helle Energiestöße, von denen angenommen wird, dass sie das Ergebnis von Neutronensternfusionen oder riesigen Supernovae sind) zu analysieren, die vom Compton Gamma-ray Observatory der NASA gesammelt wurden (Englisches Compton Gamma Ray Observatory, CGRO) zwischen 1991 und 2000.
Er suchte nach Paaren nahezu identischer GRBs, nacheinander mit einer kurzen Pause. Ein Doppelblitz kann anzeigen, dass der Gammastrahlenstoß von einem Objekt zwischen ihm und uns "linsenförmig" wird. Solch ein massives Objekt, das das Licht des Ausbruchs auf dem Weg zur Erde biegt, könnte ein schwarzes Loch von durchschnittlicher Masse sein.
Im gesamten Datensatz von 2.700 GRBs hat die automatisierte Software von Painter nur einen Fall isoliert. 1995 zeichnete das Compton Observatory einen Ausbruch eines angeblichen Gammastrahlenausbruchs auf, der auftrat, als das Universum etwa 3 Milliarden Jahre alt war. Eine halbe Sekunde später wurde ein fast identischer Burst aufgezeichnet.
Das Team kam zu dem Schluss, dass sich zwischen der Erde und dem GRB ein Schwarzes Loch mittlerer Masse befindet. Der Gammastrahlenausbruch befand sich nicht genau in der Mitte des Schwarzen Lochs, so dass sein Licht auf zwei verschiedenen Wegen wanderte, von denen einer etwas länger war. „Die Linse beeinflusst den Weg zweier Photonen, die sich entlang entgegengesetzter„ Ränder “des Schwarzen Lochs bewegen“, erklärt Co-Autor Eric Train , Astrophysiker an der Monash University. "Deshalb sehen wir einen Blitz vor dem anderen."
Schwarzes Loch als Linse: Ein Schwarzes Loch mittlerer Masse kann das Lernen aus einem entfernten Gammastrahlenausbruch verzerren. Licht, das sich auf zwei Wegen bewegt, erreicht die Erde zu unterschiedlichen Zeiten, sodass es wie zwei Blitze aussieht.
Aber diese Erklärung hat nicht alle überzeugt. Laut Natalie WebbAls Astrophysiker vom Forschungsinstitut für Astrophysik und Planetologie in Frankreich besteht eine der Schwierigkeiten darin, dass wir nicht wissen, wie viele schwarze Löcher mit durchschnittlicher Masse es im Universum gibt. Wie glücklich sollten wir sein, ein solches Loch genau zwischen unserem Planeten und dem GRB zu haben? "Nach den Berechnungen einiger Leute gibt es eine große Anzahl solcher Löcher, 1000 pro Galaxie. In diesem Fall könnte so etwas passieren", sagt Webb. "Wenn sie sich weniger oft treffen würden, wäre das weniger wahrscheinlich."
Ein weiteres Problem ist, dass wir nicht genug über GRBs selbst wissen - vielleicht erscheinen die Fackeln zweimal auf natürliche Weise und nicht als Ergebnis von Linsen. "Sie sind alle so unterschiedlich und komisch", sagt Holtz. "Die Hauptfrage hier ist: Könnte es nur ein doppelter GRB sein?" Die Linsenbildung könnte auch durch einen Kugelsternhaufen (ein großer Haufen alter Sterne mit symmetrischer Kugelform) verursacht worden sein. Das Team hält dies jedoch für unwahrscheinlich, da Kugelhaufen 100-mal seltener sind als Schwarze Löcher mittlerer Masse. "Die Chancen, dass der Cluster am richtigen Ort ist, sind gering", sagt Train.
Diese besonderen Ausbrüche wurden vor mehr als zwei Jahrzehnten entdeckt, daher werden wir es höchstwahrscheinlich nie genau wissen. Eine aufregendere Aussicht ist, dass die beschriebene Methode - die Suche nach schwarzen Löchern mittlerer Masse, die als Linsen dienen - uns helfen wird, in Zukunft noch mehr Entdeckungen zu machen.
„Es macht Spaß, Populationen von Schwarzen Löchern mittlerer Masse mithilfe von Linsen aufzudecken“, sagt Holtz. Vyrzhikovsky verwendete Daten aus dem GAIA-Teleskop, um nach schwarzen Löchern mittlerer Masse zu suchen, die das Licht von Sternen biegen, nicht nach Gammastrahlen, aber er hat noch nichts zu prahlen.
Schwarze Löcher mittlerer Masse könnten nicht nur das Wachstum supermassiver Schwarzer Löcher erklären, sondern auch Beweise für ein weiteres Geheimnis des Kosmos liefern - dunkle Materie . Dunkle Materie, von der Wissenschaftler glauben, dass sie 85% der Masse des Universums ausmacht, war möglicherweise selbst der wichtigste Bestandteil für das Wachstum von Schwarzen Löchern mittlerer Masse. „Es ist sehr schwierig, aus gewöhnlicher Materie ein solches Schwarzes Loch zu schaffen“, sagt Vyrzhikovsky. "Es erfordert viele Sterne, um zu verschmelzen, und dafür gab es im [frühen] Universum nicht genug Zeit."
Die neuen Teleskope sollen bei der Suche nach schwer fassbaren Schwarzen Löchern mittlerer Masse helfen. Laut Painter ist das Potenzial der Daten des Compton Observatory von vor einem Jahrzehnt bereits ausgeschöpft, aber es können etwa 7.000 weitere Gammastrahlen-Bursts von anderen Teleskopen analysiert werden. Darüber hinaus erkennt das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA sie auch heute noch. "Es ist Zeit, andere Datensätze zu analysieren, um nach neuen Linsenfällen zu suchen", sagte Painter.
Viele hoffen, dass das Geheimnis der mysteriösen Schwarzen Löcher mittlerer Masse und damit das Wachstum supermassiver Schwarzer Löcher bald gelöst wird, egal auf welche Weise. "Jeder glaubt, dass sie es sind", sagt Train. - Sie müssen definitiv irgendwo im Universum existieren. Sie müssen nur genau herausfinden, wo. "