Wie eine uralte Strickjacke sollte die Milchstraße absolut mit schwarzen Löchern durchsetzt sein.
Nach unseren besten Schätzungen sollte es da draußen bis zu 10 Millionen bis 1 Milliarde Schwarze Löcher mit stellarer Masse geben, die friedlich und leise durch die Galaxie treiben. Es gibt nur ein Problem, wenn es darum geht, sie zu zählen: Wenn sie es nicht schaffen, vorbeiziehendes Material in ihr Gravitationsfeld einzufangen, sind sie im Grunde unsichtbar.
Unsichtbar bedeutet jedoch nicht unauffindbar. Zum ersten Mal ist es einem internationalen Team von Wissenschaftlern gelungen, ein einsames, ruhiges Schwarzes Loch in knapp 5.200 Lichtjahren Entfernung zu entdecken. Ihre Entdeckung, die noch einer Peer-Review unterzogen werden muss, wurde auf den Preprint-Server arXiv hochgeladen.
Wie haben sie das gemacht? Nun, da wir derzeit (und möglicherweise nie) über die Werkzeuge verfügen, um ein Schwarzes Loch direkt zu untersuchen, müssen wir seine Auswirkungen auf den Raum um es herum beobachten. Für ein ruhendes Schwarzes Loch ist dieser Effekt gravitativ. Und weil das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs so extrem ist, verzerrt und verdreht es jedes Licht, das durch es hindurchtreten könnte.
Als also etwas Unsichtbares das Licht eines entfernten Sterns verstärkte und ihn seltsam heller erscheinen ließ, wussten die Astronomen, dass es wahrscheinlich ein Gravitationsfeld gab, durch das es ging.
Dieses Phänomen wird Gravitations-Mikrolinsenbildung genannt, und wir haben es verwendet, um kleine, dunkle Objekte zu identifizieren, die sonst für unsere Teleskope zu schwer zu erkennen wären. Aber dies ist das erste Mal, dass wir ein einsames Schwarzes Loch sehen.
„Wir berichten über die erste eindeutige Entdeckung und Massenmessung eines isolierten Schwarzen Lochs mit stellarer Masse“, schrieb ein Team von Astronomen unter der Leitung von Kailash Sahu vom Space Telescope Science Institute.
„Wir zeigen, dass die Linse kein nachweisbares Licht aussendet, was zusammen mit einer Masse, die höher ist, als es für einen Weißen Zwerg oder Neutronenstern möglich ist, ihre Natur als Schwarzes Loch bestätigt.“
Gravitations-Mikrolinsen treten auf, wenn ein Objekt mit einem Gravitationsfeld fast genau vor einem entfernten Stern vorbeizieht.
Dieses Gravitationsfeld verursacht eine Krümmung der Raumzeit; Wenn Licht durch das Gravitationsfeld wandert, folgt es dieser Krümmung, wodurch sich sein Weg effektiv „krümmt“. Dadurch wird das Licht vergrößert und auch die scheinbare Position des entfernten Sterns geringfügig verschoben.
Frühere Mikrolinsen-Ereignisse haben zur Entdeckung von Exoplaneten und Sternen geführt, die zu schwach sind, um sie zu sehen. Experimente, die zur Überwachung des Himmels eingerichtet wurden, entdecken jedes Jahr Tausende von Mikrolinsenereignissen; Die meisten von ihnen sind Sterne, die sich vor anderen Sternen bewegen, was nicht verwunderlich ist, wenn man bedenkt, wie viele Sterne es da draußen gibt.
Am 2. Juni 2011 zeichneten zwei separate Mikrolinsen-Durchmusterungen – das Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) und Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) – unabhängig voneinander ein Ereignis auf, das am 20. Juli seinen Höhepunkt erreichte.
Dieses Ereignis mit dem Namen MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (abgekürzt zu MOA-11-191/OGLE-11-0462, weil es ein Schluck ist) war bemerkenswert. Es war nicht nur ungewöhnlich lang, etwa 270 Tage, sondern zeigte auch eine ungewöhnlich hohe Vergrößerung. Da Ereignisse mit hoher Vergrößerung empfindlich auf Störungen reagieren, wie sie beispielsweise von einem Planeten aus gesehen werden können, der das Linsenobjekt umkreist, kamen die Wissenschaftler zusammen, um Folgebeobachtungen durchzuführen und Analysen durchzuführen.
Beobachtungen der Region wurden bis 2017 bei acht verschiedenen Gelegenheiten mit dem Hubble-Weltraumteleskop durchgeführt. Bewaffnet mit diesen Daten begannen Sahu und sein Team, Zahlen zu ermitteln, und sie fanden heraus, dass die Daten am besten zu einem Schwarzen Loch passten, nicht zu einem Stern.
Tatsächlich konnten sie sogar Messungen am Schwarzen Loch vornehmen. Die im Licht des fernen Sterns beobachteten Veränderungen ermöglichten es dem Team, seine Masse und Bewegung zu berechnen. Sie fanden heraus, dass das Schwarze Loch eine Masse hat, die etwa 7,1-mal so groß ist wie die Masse der Sonne. Das würde seinen Ereignishorizont auf etwa 42 Kilometer (26 Meilen) Durchmesser bringen.
Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um darüber zu staunen. Wissenschaftler konnten ein unsichtbares Objekt von weniger als einem Zehntel der Länge des Grand Canyon aus über 5.000 Lichtjahren Entfernung entdecken, indem sie das wechselnde Licht eines weiter entfernten Sterns untersuchten. Das ist verdammt toll.
Und hier wird es noch cooler. Das Team berechnete, wie schnell sich dieses Objekt durch die Milchstraße bewegt: 45 Kilometer (28 Meilen) pro Sekunde. Das macht es nicht zu irgendeinem alten Schwarzen Loch, sondern zu einem außer Kontrolle geratenen Schwarzen Loch.
Wahrscheinlich wurde er ins All geschleudert, als sein Vorläuferstern in einer Supernova explodierte. Wenn eine solche Supernova-Explosion schief ist, kann die ungleichmäßige Kraft den kollabierten Kern des Sterns in den Weltraum reißen, was wir als Geburtsschlag bezeichnen. Wir haben diese Sterne schon einmal gesehen: Weißer Zwerg LP 40-365 und Pulsar PSR J0002+6216 sind zwei Beispiele.
Eine Studie aus dem Jahr 2019 ergab, dass es Millionen von natally kicked Schwarzen Löchern geben könnte, die mit hoher Geschwindigkeit um die Milchstraße sausen. Es wäre unglaublich cool, wenn MOA-11-191/OGLE-11-0462 dazu gehört.
Es ist möglich, dass das Objekt durch eine Region mit hoher Dichte im Weltraum driftet. Zukünftige Arbeiten, so die Forscher, könnten die Verwendung empfindlicher Röntgenteleskope umfassen, um festzustellen, ob das mutmaßliche Schwarze Loch Material aus dem interstellaren Medium um es herum ansammelt.
Darüber hinaus könnten zukünftige Instrumente noch mehr isolierte Schwarze Löcher mit stellarer Masse entdecken. Sobald eine Population entdeckt und untersucht wurde, können wir diese Daten verwenden, um mehr über MOA-11-191/OGLE-11-0462 und die schwarzen Löcher zu erfahren, die die Milchstraße im Allgemeinen bewohnen.
Die Forschung des Teams wurde eingereicht Das Astrophysikalische Journal und ist auf arXiv verfügbar.