Die drei Schwarzen Löcher in der Milchstraße, entdeckt von Gaia. Bh3, die neueste Entdeckung, ist das zweitnächste und massereichste stellare Schwarze Loch, das jemals in unserer Galaxie entdeckt wurde. Bildnachweis: ESA/Gaia/Dpac
Ein Schwarzes Loch stellaren Ursprungs, ruhend und massiv. Drei Eigenschaften, die zusammen noch nie zuvor in unserer Galaxie beobachtet wurden. Drei Eigenschaften, deren gemeinsame Beobachtung vor der Ankunft des Gaia-Satelliten und seiner revolutionären astrometrischen Präzision undenkbar war. In einem heute veröffentlichten Artikel am Briefe zur Astronomie und AstrophysikStattdessen die Nachricht: ein Schwarzes Loch mit 33 Sonnenmassen, ruhend, nur 1926 Lichtjahre von uns entfernt. Ähnliche Schwarze Löcher waren bisher nur durch die Emission von Gravitationswellen bei der Verschmelzung von Schwarzen-Loch-Paaren und immer auch in anderen Galaxien entdeckt worden.
Dritter in der Reihenfolge der Entdeckung für den Gaia-Satelliten, aber erster in der Reihenfolge des „Gewichts“: Mitglied eines Doppelsternsystems zusammen mit einem alten Stern mit geringer Metallizität, der zum Halo unserer Galaxie gehört, Bh3 – oder schwarzes Loch 3, das ist das Akronym, mit dem es bezeichnet wird – es ist tatsächlich das massereichste Schwarze Loch stellaren Ursprungs (das heißt, das am Ende des Lebens eines Sterns entstanden ist), das bisher in der Milchstraße entdeckt wurde. Der mit 70 Sonnenmassen, über den wir 2019 berichteten und der in einem Artikel am angekündigt wurde Naturwurde durch nachfolgende Studien tatsächlich verkleinert, so dass es mit 33 Sonnenmassen von Bh3 derzeit ganz oben auf dem Podium steht.
„Ich hätte nie erwartet, so nah an unserem Zuhause ein so riesiges Schwarzes Loch zu finden“, sagt er Durchschnittlicher Inaf Pasquale Panuzzo52 Jahre alt, ursprünglich aus Reggio Calabria, Cnrs-Forschungsingenieur am Observatoire de Paris und Hauptautor der heute veröffentlichten Studie A&AL, an dem auch zahlreiche INAF-Forscher teilnahmen. „Nur Gaia Bh1 ist näher.“ Und wer weiß, wie viele andere „Monster“ wie dieses unauffindbar umherirren.“
Beginnen wir also mit der Beschreibung der Eigenschaften dieses einzigartigen Objekts und des Systems, in dem es lebt. Zunächst definieren Astronomen es als „ruhend“, also ein Schwarzes Loch, das keine Informationen über sich selbst durch szenische Strahlungsemissionen liefert (wie es beispielsweise aktive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien tun). Mit anderen Worten, ein Schwarzes Loch, das keine Masse von anderen nahegelegenen Himmelskörpern aufnimmt. Denn wenn dies geschieht, entsteht normalerweise eine Akkretionsscheibe, in der sich die Materie durch Reibung erwärmt und in der die im Innersten der Scheibe (in der Größenordnung von Millionen Grad) und in der Korona erreichten Temperaturen dazu führen hell im fernen Ultraviolett- und Röntgenbereich.
Fast alle bisher entdeckten Schwarzen Löcher stellaren Ursprungs sind von diesem Typ, sie sind „aktiv“: Sie befinden sich in einem Doppelsternsystem, in dem der Begleitstern dem Schwarzen Loch nahe genug umkreist, um ihm Masse zu verleihen, oder einen starken Stern erzeugt Wind, der das dunkle Objekt erreicht. Sie werden dann durch Beobachtungen mit Röntgenteleskopen wie den Satelliten Xmm-Newton und Chandra entdeckt.
Oben vergleiche ich drei stellare Schwarze Löcher in unserer Galaxie: Gaia Bh1, Cygnus Unten im linken Feld die Umlaufbewegung des Sterns (blaue Linie) und des Schwarzen Lochs (rote Linie) Bh3 am Himmel im Vergleich zu den astrometrischen Messungen von Gaia (schwarze Punkte). Die gestrichelte Linie zeigt die Position des Periastrons an (d. h. den Punkt in der Umlaufbahn, an dem das Schwarze Loch und der Stern am nächsten sind). Die Zahlen geben alle 2 Jahre die Position des Sterns an. Im rechten Feld ist die Entwicklung der Radialgeschwindigkeit des Sterns (blaue Linie) im Vergleich zu den Messungen zu sehen, die mit Gaias RVS-Instrument (schwarze Punkte) und mit drei Spektrographen an bodengestützten Teleskopen (Uves am VLT der ESO, Hermes am Mercator-Teleskop (Las)) erhalten wurden Palmas) und Sophie am 1,95-Meter-Teleskop am Observatoire de Haute Provence (zum Vergrößern klicken). Bildnachweis: Gaia-Kollaboration, Panuzzo et al. (2024), A&A Letters
Schlafende Schwarze Löcher können jedoch durch das Phänomen entdeckt werden Mikrolinse, wenn das Schwarze Loch zwischen uns und einem weiter entfernten Stern vorbeizieht und wir als Folge davon sehen, wie die Helligkeit des entfernten Sterns aufgrund der vom Schwarzen Loch erzeugten Gravitationslinse zunimmt; Wenn das Schwarze Loch einen Begleitstern hat, können diese durch Messung der Umlaufbahn des Begleiters um das Schwarze Loch mit der Radialgeschwindigkeitstechnik oder durch Messung seiner Astrometrie gefunden werden, wie im Fall der drei von Gaia entdeckten Schwarzen Löcher unsere Galaxie.
Im Fall von Bh3 beträgt die Umlaufbahn des Begleitsterns um den gemeinsamen Massenschwerpunkt also etwa 11,6 Jahre. Das bedeutet, dass Gaia unter Berücksichtigung der 5,5 Jahre an Daten, die der Satellit bereits verarbeitet hat, die Hälfte seiner Umlaufbahn kartieren konnte. Genug Zeit, um die Schwankungen in der Position und Bewegung des Begleitsterns zu erkennen.
„Die Umlaufbahn des Sterns um Bh3 ist mit 27 Millibogensekunden sehr groß, verglichen mit der Präzision von Gaias astrometrischen Messungen (einige Zehntel einer Millibogensekunde)“, erklärt Panuzzo. „Die Tatsache, dass es von Gaia und nicht von anderen gefunden wurde, liegt erstens an seiner sehr langen Umlaufzeit und zweitens an der Tatsache, dass es ein seltenes Objekt ist und daher der gesamte Himmel beobachtet werden muss, um die konkrete Möglichkeit zu haben.“ es zu finden.
Nach der Beobachtung mit Gaia wurde das System zur Bestätigung seiner Natur auch mit mehreren bodengestützten Teleskopen beobachtet. Zunächst wurde das Spektrum im ESO-Archiv durchsucht und anschließend Beobachtungen durchgeführt nachverfolgen mit dem Hermes-Spektrographen am Mercator-Teleskop auf La Palma (Kanarische Inseln) und mit dem Sophie-Spektrographen am Observatoire Haute Provence in Frankreich. Die mit diesen bodengestützten Observatorien ermittelten Radialgeschwindigkeiten bestätigten die Umlaufeigenschaften des Systems.
Darüber hinaus haben uns photometrische Beobachtungen ermöglicht, das Alter des Begleitsterns auf etwa 11 Milliarden Jahre zu schätzen, und spektroskopische Beobachtungen (die vom Uves-Spektrographen des Vlt stammen) haben ergeben, dass er eine geringe Metallizität aufweist. Mit anderen Worten: Bh3s Begleitstern ist sehr alt und in einer metallarmen und daher nahezu unberührten Umgebung entstanden. Es wäre Teil der sogenannten Population II von Sternen, einer der ersten, die sich in einem Universum gebildet hätten, in dem viele Orte noch „jungfräulich“ seien.
Diese Funktion unterstützt eine der anerkanntesten Theorien über die Entstehung solch massereicher stellarer Schwarzer Löcher.
„Schwarze Löcher dieser Masse wurden mit Gravitationswellen in externen Galaxien beobachtet, aber Sternentwicklungsmodelle können sie nicht erklären, außer durch die Annahme, dass sie von massereichen Sternen mit geringer Metallizität gebildet werden“, sagt Panuzzo. „Unser Schwarzes Loch ist damit das erste in unserer Galaxie entdeckte Äquivalent zu den massereichen Schwarzen Löchern, die mit Gravitationswellen beobachtet werden.“ Darüber hinaus sagt uns die Tatsache, dass er einen Stern mit niedriger Metallizität als Begleiter hat, dass er auch von einem Stern mit niedriger Metallizität gebildet wurde. Diese Entdeckung ist daher die erste Bestätigung jener Modelle, die erklären, dass die mit Gravitationswellen beobachteten massereichen Schwarzen Löcher auf Sterne mit geringer Metallizität zurückzuführen sind.“
Pasquale Panuzzo, 52 Jahre alt, ursprünglich aus Reggio Calabria, Hauptautor des Artikels über die Entdeckung von Bh3.
Zum Schluss noch eine Besonderheit: Dieses System scheint nicht unser eigenes zu sein. Natürlich von der Milchstraße.
„Ein wichtiger Punkt, den wir in dem Artikel nicht behandelt haben und auf den wir so schnell wie möglich eingehen werden, ist der Ursprung dieses Systems“, erklärt Panuzzo. „Wir wissen, dass es in unserer Galaxie eine retrograde Umlaufbahn hat (das heißt, es dreht sich in der Galaxie in die entgegengesetzte Richtung der Sterne in der galaktischen Scheibe) und wahrscheinlich zu einem alten Kugelsternhaufen gehört, der jetzt zerstört ist.“ Wenn dies wahr wäre, würde es einige Modelle rechtfertigen, die besagen, dass weit umlaufende Doppelsternsysteme aus Schwarzen Löchern (wie die von Gaia gefundenen und wie dieses hier) in Clustern durch einen dynamischen Austauschprozess entstehen, bei dem das Loch schwarz ist „stiehlt“ einen Stern aus einem anderen Doppelsternsystem, indem er nahe daran vorbeifliegt.“
Eine einzigartige Entdeckung, die von Bh3, die jedoch viele Fragezeichen hinterlässt. So sehr, dass diese Beobachtungen nur den Beginn der Untersuchung dieses Systems definieren.
„Natürlich haben wir etwas im Sinn nachverfolgen„, schließt Panuzzo, „aber mir wäre es lieber, wenn betont würde, dass die Entdeckung angekündigt wurde, um dies der gesamten Gemeinschaft zu ermöglichen.“ Führen Sie Ihre eigenen Nachuntersuchungen durch. Das Dpac-Konsortium (das die Kataloge der Gaia-Beobachtungen erstellt, Hrsg) wurde erstellt, um der Community Gaia-Daten zur Verfügung zu stellen, und ist daher ein Dienstauftrag für die Community, die die Daten für Forschungszwecke nutzen wird. Ich bin mir sicher, dass es am selben Tag der Veröffentlichung diejenigen geben wird, die Beobachtungen vorschlagen werden, zum Beispiel mit Chandra und Xmm-Newton im Röntgenbereich, um zu sehen, ob der Bh3-Begleiter nicht ein wenig „verschluckten“ Sternwind erzeugt. durch das schwarze Loch”.
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