Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie ist der unangefochtene Schwergewichts-Champion der Milchstraße, doch die Krone des massereichsten stellaren Schwarzen Lochs, das in unserer Galaxie bekannt ist, holt sich ein neu entdecktes Objekt, das beeindruckende 33-mal so viel wie die Masse unserer Sonne auf die Waage bringt.
Ein Team unter der Leitung von Pasquale Panuzzo, einem Astronomen am Observatoire de Paris, hat das massereichste stellare Schwarze Loch entdeckt, das jemals in der Milchstraße entdeckt wurde. Gaia BH3 stellt den bisherigen Rekordhalter Cygnus X-1, der nur 21 Sonnenmassen wiegt, in den Schatten. Die Ergebnisse sind ausführlich in einem heute in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlichten Artikel.
Gaia BH3 befindet sich im Sternbild Adler, ungefähr 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Das Team entdeckte es bei der Auswertung von Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation, einem seit 2013 betriebsbereiten Weltraumobservatorium. Gaias laufende Mission ist die detaillierteste dreidimensionale Karte unserer Galaxie zu erstellen. Der Stern in der Kreisbahn von BH3 war Astronomen bereits bekannt, aber sein Status als Begleiter eines Schwarzen Lochs kam völlig überraschend und das aus dem resultierende Gewicht noch mehr.
„Als ich die Ergebnisse zum ersten Mal sah, war ich überzeugt, dass es ein Problem mit den Daten gab. Ich konnte es nicht glauben“, sagte Panuzzo gegenüber Gizmodo. „Jetzt habe ich das Gefühl, dass ich es wirklich geschafft habe. die Entdeckung meines Lebens!“
Die Entdeckung wurde durch eine Reihe erdgebundener Observatorien und hochentwickelter Instrumente unterstützt, darunter der Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, der HERMES-Spektrograph am Mercator-Teleskop in Spanien und der hochpräzise Spektrograph SOPHIE in Frankreich.
Die Astronomen nutzten Gaias präzise Messungen, um die Größe der Umlaufbahn und die Zeit zu bestimmen, die der Stern benötigt, um das Schwarze Loch zu umkreisen. Anschließend wendeten sie die Keplerschen Gesetze an, die Prinzipien zur Beschreibung der Bewegungen von Planeten und Sternen sind, um aus der Umlaufbahn die Masse des Schwarzen Lochs zu berechnen. Sie verwendeten zwei Methoden: astrometrische Messungen, die die leichten Taumelbewegungen des Begleitsterns verfolgen wenn er seine Position am Himmel verändert, und Spektroskopie, die den Doppler-Effekt ausnutzt, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der der Stern auf uns zu uns zu bewegt oder von uns weg ist.
Stellare Schwarze Löcher sind die Überreste massereicher Sterne, die unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert sind. Dabei entstanden typischerweise Schwarze Löcher mit einer etwa zehnmal so großen Masse wie unsere Sonne. Die beträchtliche Masse von Gaia BH3 lässt darauf schließen, dass er von einem metallarmen Stern stammt, der im Laufe seines Lebens mehr Masse behielt und daher nach seinem Tod ein größeres Schwarzes Loch bilden konnte, so die neue Forschung.
Im Gegensatz dazu ist das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A*, das sich im galaktischen Kern befindet, mit etwa der 4-Millionen-fachen Masse der Sonne deutlich größer. Diese Giganten entstehen nicht durch den Kollaps eines einzelnen Sterns, sondern wachsen wahrscheinlich aus der Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher und der Ansammlung von Gas und Sternenmaterial über Millionen von Jahren.
Das stellare Schwarze Loch „entsteht durch den Gravitationskollaps eines massereichen Sterns – eines Sterns, der wahrscheinlich 40- bis 50-mal massereicher ist als unsere Sonne – am Ende seines Lebens“, erklärt Panuzzo. „Diese Art von Sternen hat eine kurze Lebensdauer von wenigen Millionen Jahren, verglichen mit den 10 Milliarden Jahren der Sonne, und sie beenden ihr Leben mit einer Supernova, bei der ein Schwarzes Loch zurückbleibt. Aus diesem Grund nennen wir sie ‚stellare‘ Schwarze Löcher, um sie nicht mit den supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxien zu verwechseln.“
Panuzzo sagte, es sei „durchaus wahrscheinlich“, dass in unserer Galaxie noch größere stellare Schwarze Löcher existieren. LIGO-Virgo-KAGRA-Gravitationsteleskope hat die Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit mehr als 80 Sonnenmassen in entfernten Galaxien entdeckt. Tatsächlich wurden schwere stellare Schwarze Löcher bereits entdeckt, jedoch in anderen Galaxien und unter Verwendung alternativer Nachweismethoden. Diese weit entfernten Schwarzen Löcher werden identifiziert durch Gravitationswellenastronomie, das die Kräuselungen in der Raumzeit beobachtet, die durch die Verschmelzung von stellaren Schwarzen Löchern verursacht werden. Ich fragte Panuzzo, warum wir in weit, weit entfernten Galaxien riesige stellare Schwarze Löcher finden konnten, aber erst vor kurzem ein in unserer eigenen Galaxie entdeckt haben.
„Dafür gibt es zwei Gründe“, sagte er. „Der erste ist, dass die Gravitationsteleskope LIGO-Virgo-KAGRA Verschmelzungen schwarzer Löcher in sehr großer Entfernung erkennen und so Milliarden von Galaxien untersuchen können. Der zweite ist, dass diese schwarzen Löcher von massereichen Sternen erzeugt werden, die eine geringe Metallkonzentration aufweisen. ity“, das heißt, Sterne, die fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium bestehen und die anderen Elemente nur in Spuren enthalten. „Diese Sterne waren in unserer Galaxie nur in ihrer Anfangszeit vorhanden, daher können wir die Entstehung neuer massereicher Schwarzer Löcher in unserer Galaxie nicht mehr beobachten“, so Panuzzo.
Die in der Studie verwendeten Daten waren ursprünglich für die nächste Datenveröffentlichung von Gaia vorgesehen, die Ende 2025 erwartet wird. Aufgrund der Bedeutung der Entdeckung entschied sich das Team jedoch, die Ergebnisse frühzeitig zu veröffentlichen. „Diese Entdeckung hat zahlreiche Auswirkungen auf die Modelle der Sternentwicklung und die Gravitationsfeldstärke. „Wir haben festgestellt, dass die Entdeckung in einem Vibrationswellenfeld sehr nützlich ist“, erklärte Panuzzo. „Man war der Ansicht, dass diese außergewöhnliche Entdeckung der Öffentlichkeit nicht zwei Jahre lang verborgen bleiben konnte, während man auf die nächste Veröffentlichung wartet.“ Darüber hinaus könne die wissenschaftliche Gemeinschaft durch die jetzige Veröffentlichung früher Folgebeobachtungen durchführen, fügte er hinzu.
Zu diesem Zweck sollen künftige Beobachtungen mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer der ESO feststellen, ob dieses Schwarze Loch Materie aus seiner Umgebung ansaugt, um tiefere Einblicke in seine Natur und sein Verhalten zu erhalten.
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