Eine völlig neue Klasse von Schwarzen Löchern könnte im Universum lauern, und diese könnten nach neuen Erkenntnissen weitaus winziger sein als das, was Wissenschaftler zuvor gefunden haben.
Schwarze Löcher sind massive Himmelsobjekte, die alles verschlingen, was zu nahe kommt. Nicht einmal Licht kann dem intensiven Gravitationsgriff eines Schwarzen Lochs entkommen. Die Suche nach kleinen und großen Schwarzen Löchern - wie den supermassiven, die sich im Zentrum der meisten Galaxien befinden, einschließlich unserer eigenen - hilft Forschern dabei, die Funktionsweise des Universums zusammenzusetzen und eine Erzählung über Leben und Tod von Sternen zu erstellen.
Das liegt daran, dass Schwarze Löcher die Leichen früher massereicher Sterne sind, die einen explosiven Untergang erlebten und letztendlich in sich zusammenbrachen. Der explosive Tod und der anschließende Zusammenbruch von Sternen können zwei verschiedene Objekte bilden. Wenn der ursprüngliche Stern massiv genug ist, ergibt diese Explosion ein Schwarzes Loch. Wenn dies nicht der Fall ist, bildet die Leiche stattdessen ein kleines, dichtes Objekt, das als Neutronenstern bekannt ist.
Astronomen suchen normalerweise nach diesen Schwarzen Löchern in unserer eigenen Galaxie, indem sie Röntgenstrahlen messen, die emittiert werden, wenn Schwarze Löcher Material von nahegelegenen Sternen absaugen. In fernen Galaxien hingegen suchen Forscher nach Gravitationswellen, die durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher oder durch eine Kollision von Neutronensternen entstehen.
Eine Gruppe von Forschern fragte sich jedoch, ob es möglicherweise relativ massearme Schwarze Löcher gibt, die nicht die verräterischen Röntgensignale anderer Schwarzer Löcher aussenden. Solche hypothetischen Schwarzen Löcher würden wahrscheinlich in einem binären System mit einem anderen Stern existieren, obwohl sie weit genug von diesem Stern entfernt umkreisen würden, dass sie nicht viel von ihrem Sternbegleiter essen würden; Die Forscher vermuteten, dass diese kleinen Schwarzen Löcher keine nachweisbaren Röntgenstrahlen abgeben und daher für Astronomen unsichtbar bleiben würden, sagte Todd Thompson, Professor für Astronomie an der Ohio State University und Hauptautor der Studie, in der die neue Erkenntnisse.
"Wir sind uns ziemlich sicher, dass es viele, viele dieser Schwarzen Löcher in binären Systemen mit Sternen in den Galaxien geben muss, nur dass wir sie nicht gefunden haben, weil sie schwer zu finden sind", sagte Thompson gegenüber Live Science. Aber "es ist immer interessant zu versuchen, Dinge zu finden, die nicht gesehen werden können."
Thompson und seine Kollegen suchten nach Beweisen für diese schwarzen Löcher in den Sternbegleitern der vorgeschlagenen Objekte. Die Forscher durchsuchten Daten aus dem Galactic Evolution Experiment (APOGEE) des Apache Point Observatory, die Informationen über das Lichtspektrum - die verschiedenen Wellenlängen der von einem Objekt erzeugten Energie - von über 100.000 Sternen in unserer Galaxie enthielten.
Die Informationen aus dieser Umfrage zeigten, dass sich die Spektren oder Wellenlängen des Lichts von jedem dieser Sterne ändern. Wenn die Forscher Änderungen in diesen Spektren bemerkten - beispielsweise eine Verschiebung zu blaueren Wellenlängen oder eine Verschiebung zu roteren Wellenlängen - könnte dies bedeuten, dass ein bestimmter Stern einen unsichtbaren Begleiter umkreist. Nach dieser Analyse untersuchten die Forscher die Helligkeitsänderungen einer Untergruppe von Sternen, die möglicherweise Schwarze Löcher umkreisen, anhand von Daten aus einer anderen Umfrage, der All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Sie suchten nach den Sternen, die sich aufhellten und verdunkelten, während sie sich gleichzeitig rot und blau bewegten.
Auf diese Weise entdeckten die Forscher ein massives dunkles Objekt, das in einer Gravitationsumarmung mit einem schnell rotierenden Riesenstern in etwa 10.000 Lichtjahren Entfernung am äußersten Rand unserer Galaxie in der Nähe des Sternbilds Auriga eingeschlossen war. Die Forscher schätzten die Masse dieses Objekts auf das 3,3-fache unserer Sonne, zu massiv, um ein Neutronenstern zu sein, und nicht massiv genug im Vergleich zu einem bekannten Schwarzen Loch.
Der massereichste Neutronenstern, den Wissenschaftler kennen, ist das 2,1-fache der Masse unserer Sonne, während das am wenigsten massive bekannte Schwarze Loch etwa das 5- bis 6-fache der Masse unserer Sonne beträgt, sagte Thompson. Die untere Massengrenze des neu gefundenen Objekts - die niedrigste Masse, die dieses Objekt sein könnte - beträgt jedoch das 2,6-fache der Masse unserer Sonne. Dies ist nach Ansicht der Astronomen die Obergrenze dafür, wie massereich Neutronensterne theoretisch werden können. Noch massiver als das, und der Neutronenstern würde in ein Schwarzes Loch fallen.
Dieses dunkle, mysteriöse Objekt "könnte der massereichste Neutronenstern sein, der jemals gesehen wurde", genau an der Grenze, nach der es nicht mehr existieren kann, sagte Thompson. "Ich wäre sogar noch aufgeregter, wenn das wahr wäre." Aber mehr als wahrscheinlich ist es das hypothetische, aber nie zuvor entdeckte Schwarze Loch mit relativ geringer Masse, fügte er hinzu.
Dejan Stojkovic, Kosmologe und Professor für Physik an der Universität des Buffalo College of Arts and Sciences, der nicht an der Forschung beteiligt war, stimmte zu. "Dies ist höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch", sagte Stojkovic gegenüber Live Science, weil es zu massiv ist, um ein Neutronenstern zu sein, es sei denn, es ist ein ungewöhnlicher Stern. "Der Befund klingt sehr vernünftig", aber nicht unerwartet, da Astronomen wissen, dass es schwarze Löcher mit geringerer Masse gibt.
Thompson sagte, er freue sich auf zukünftige Entdeckungen, wie zum Beispiel Informationen über die Neigung der Umlaufbahn des Sterns um das dunkle Objekt, die das Gaia-Raumschiff der Europäischen Weltraumorganisation in einer bevorstehenden Mission sammeln könnte. Dies könnte Forschern helfen, die Masse des dunklen Objekts genauer zu messen.
Die Ergebnisse wurden gestern (31. Oktober) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
