Die Milchstraße hat ein großes, neu entdecktes Schwarzes Loch, und es lauert in der Nähe der Erde! Dieser schlafende Riese wurde mit dem europäischen Weltraumteleskop Gaia entdeckt, das die Bewegung von Milliarden Sternen in unserer Galaxie verfolgt.
Schwarze Löcher mit stellarer Masse entstehen, wenn einem großen Stern der Treibstoff ausgeht und er kollabiert. Die neue Entdeckung ist ein Meilenstein und stellt das erste Mal dar, dass ein großes Schwarzes Loch mit einem solchen Ursprung in der Nähe der Erde gefunden wurde.
Das Schwarze Loch mit stellarer Masse, Gaia-BH3 genannt, ist 33-mal massereicher als unsere Sonne. Das bisher massereichste Schwarze Loch dieser Klasse, das in der Milchstraße gefunden wurde, war ein Schwarzes Loch in einem Röntgendoppelstern im Sternbild Schwan (Cyg X-1), dessen Masse schätzungsweise etwa das 20-fache der Sonne beträgt. Das durchschnittliche Schwarze Loch mit Sternmasse 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 auf unserem 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 ist. Gaia-BH1 hat eine etwa 9,6-fache Masse der Sonne und ist damit deutlich 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‘“, sagt George Seabrook, Wissenschaftler am Mullard Space Science Laboratory am University College London und Mitglied der Black Hole Task Force von Gaia. sagte in einer an Space.com gesendeten Erklärung. „In unserem Fall ist ‚die Matrix‘ die Population ruhender stellarer Schwarzer Löcher in unserer Galaxie, die uns verborgen blieben, bevor Gaia sie entdeckte.“
Seabroke fügte hinzu, dass Gaia BH3 ein wichtiger Hinweis auf diese Population sei, da es das massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Galaxie sei.
Natürlich ist Gaia-BH3 ein kleiner Junge im Vergleich zu dem supermassiven Schwarzen Loch Sagittarius A* (Sgr A*), das das Herz der Milchstraße dominiert und eine Masse hat, die 4,2 Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne. Supermassive 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 ließ den Sternbegleiter wackeln
Alle Schwarzen Löcher sind durch eine äußere Grenze markiert, die als Ereignishorizont bezeichnet wird. An diesem Punkt übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit des Schwarzen Lochs die Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass ein Ereignishorizont eine einseitig lichteinfangende Oberfläche ist, über die hinaus keine Informationen entweichen können.
Dadurch emittieren oder reflektieren Schwarze Löcher kein Licht, was bedeutet, dass sie nur „gesehen“ werden können, wenn sie von Material umgeben sind, von dem sie sich nach und nach ernähren. Manchmal bedeutet dies, dass ein Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem Material von einem Begleitstern entzieht, der eine Scheibe aus Gas und Staub um ihn herum bildet.
Der enorme Gravitationseinfluss von Schwarzen Löchern erzeugt in der umgebenden Materie starke Gezeitenkräfte, die dazu führen, dass diese mit Material, das zerstört und verbraucht wird, hell leuchtet und dabei auch Röntgenstrahlen aussendet. Darüber hinaus kann das Material, an dem sich das Schwarze Loch nicht ernährt, zu seinen Polen geleitet und als Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden, die mit der Emission von Licht einhergehen.
All diese Lichtemissionen können es Astronomen ermöglichen, Schwarze Löcher zu entdecken. Die Frage ist: Wie können „ruhende“ Schwarze Löcher entdeckt werden, die sich nicht von Gas und Staub um sie herum 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 seinem binären Partner Sternmaterie entreißen könnte?
In solchen Fällen umkreisen das Schwarze Loch und sein Begleitstern einen Punkt, der den Massenschwerpunkt des Systems darstellt. Dies ist auch dann der Fall, wenn ein Stern von einem leichten Begleiter umkreist wird, beispielsweise einem anderen Stern oder sogar einem Planeten.
Das Umkreisen des Massenschwerpunkts führt zu einem Wackeln in der Bewegung des Sterns, das für Astronomen sichtbar ist. Da Gaia die Bewegung von Sternen präzise messen kann, ist es das ideale Instrument, um dieses Wackeln zu beobachten.
Gaias Black Hole Task Force machte sich auf die Suche nach seltsamen Schwankungen, die nicht durch die Anwesenheit eines anderen Sterns oder Planeten erklärt werden konnten und auf einen schwereren Begleiter, möglicherweise ein Schwarzes Loch, hindeuteten.
Als das Team einen alten Riesenstern im Sternbild Aquila anvisierte, der sich 1.926 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, stellte das Team fest, dass die Bahn des Sterns wackelte. Dieses Wackeln deutet darauf hin, dass der Stern in einer Orbitalbewegung mit einem ruhenden Schwarzen Loch von außergewöhnlich hoher Masse verbunden ist. Die beiden sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der zwischen der Entfernung zwischen der Sonne und Neptun am weitesten und unserem Stern und Jupiter am nächsten liegt.
„Es ist ein echtes Einhorn“, sagte der leitende Forscher Pasquale Panuzzo vom CNRS, Observatoire de Paris in Frankreich, in einer Erklärung. „Das ist die Art von Entdeckung, die man einmal in seinem Forscherleben macht. Bisher wurden so große Schwarze Löcher dank der Beobachtung von Gravitationswellen nur von der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration in fernen Galaxien entdeckt.“
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Dank der Empfindlichkeit von Gaia konnte die Black Hole Task Force auch die Masse von Gaia-BH3 eingrenzen und stellte fest, dass es 33 Sonnenmassen besitzt.
„Gaia-BH3 ist das allererste Schwarze Loch, dessen Masse wir so genau messen konnten“, sagte Tsevi Mazeh, Wissenschaftlerin und Mitglied der Gaia-Kollaboration an der Universität Tel Aviv. „Die Masse des Objekts beträgt das 30-fache unserer Sonnenmasse und ist typisch für die Schätzungen, die wir für die Massen der sehr weit entfernten Schwarzen Löcher haben, die durch Gravitationswellenexperimente beobachtet wurden. Gaias Messungen liefern den ersten unbestreitbaren Beweis dafür.“ [stellar-mass] Es gibt so schwere 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, der etwa fünfmal so groß wie die Sonne und 15-mal heller ist, allerdings kühler und weniger dicht als unser Stern. Der Begleitstern Gaia-BH3 besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den beiden leichtesten Elementen des Universums, ohne schwerere Elemente, die Astronomen (etwas verwirrend) „Metalle“ nennen.
Die Tatsache, dass dieser Stern „metallarm“ ist, deutet darauf hin, dass dem Stern, der kollabierte und starb und Gaia-BH3 entstand, auch schwerere Elemente fehlten. Man geht davon aus, dass metallarme Sterne im Laufe ihres Lebens mehr Masse verlieren als ihre metallreicheren Gegenstücke. Wissenschaftler fragen sich daher, ob sie genug Masse aufrechterhalten können, um Schwarze Löcher hervorzubringen. Gaia-BH3 ist der erste Hinweis darauf, dass metallarme Sterne dies tatsächlich können.
„Gaias nächste Datenveröffentlichung wird voraussichtlich noch viel mehr enthalten, was uns helfen sollte, mehr von der ‚Matrix‘ zu ‚sehen‘ und zu verstehen, wie ruhende stellare Schwarze Löcher entstehen“, schloss Seabroke.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden heute (16. April) in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.