Ursprünge von superschnellen Sternen deuten auf ein verstecktes schwarzes Loch hin

Sterne mit hoher Geschwindigkeit oder sich schnell bewegende Sterne könnten aus der Sternscheibe der Milchstraße stammen und nicht aus der Mitte der Galaxie, wie die Astronomen zuvor glaubten, so neue Forschungsergebnisse.

"Diese Entdeckung verändert unsere Sicht auf die Entstehung schnelllebiger Sterne dramatisch", sagt Monica Valluri, Professorin für Astronomie an der University of Michigan.

"Die Tatsache, dass die Flugbahn dieses massiven, sich schnell bewegenden Sterns in der Scheibe liegt, ist vielmehr darauf zurückzuführen, dass im galaktischen Zentrum die extremen Umgebungen, die zum Auswerfen schnell bewegter Sterne erforderlich sind, an anderen Orten als um supermassive Schwarze Löcher entstehen können."

Mit einem der Magellan-Teleskope in Chile und Daten der Weltraummission Gaia der Europäischen Weltraumorganisation ESA erstellten die Wissenschaftler die Flugbahn eines gewaltigen „überfliegenden Sterns“ Galaktisches Zentrum wie bisher angenommen. (Bildnachweis: Kohei Hattori)

Die Herstellung eines schnell bewegten Sterns erfordert viel Energie, normalerweise in extremen Umgebungen, sagt Valluri.

Die Milchstraße enthält Dutzende Milliarden Sterne, von denen die meisten in einer pizzaähnlichen Struktur, der Sternscheibe, verteilt sind. Im Jahr 2005 entdeckten Astronomen erstmals schnell bewegte Sterne, die sich mehr als doppelt so schnell bewegen wie die meisten anderen Sterne - mehr als 1 Million Meilen pro Stunde oder 500 Kilometer pro Sekunde (310 Meilen / Sekunde), verglichen mit dem Rest der Galaxie Sterne durchschnittlich etwas mehr als 200 km / sec (124 Meilen / Sekunde).

Bisher wurden weniger als 30 dieser extrem schnell bewegten Sterne (im Allgemeinen als "Hypervelocity Stars" bezeichnet) entdeckt.

Aus der Gravitationsschleuder geworfen

Wenn Doppelsterne - ein Paar von Sternen, die sich während der Bewegung durch eine Galaxie umkreisen - zu nahe an einem Schwarzen Loch vorbeigehen, erfasst es einen der Doppelsterne und der andere wird in einer „Gravitationsschleuder“ ausgestoßen Um die Arten von Geschwindigkeiten zu erzeugen, die Astronomen für Hypergeschwindigkeitssterne messen, muss das Schwarze Loch sehr massiv sein.

Da es Hinweise darauf gibt, dass es im Zentrum der Milchstraße ein Loch gibt, in dem sich ein supermassives Loch befindet, glauben viele Astronomen, dass dieses supermassive Schwarze Loch die Mehrheit der Sterne mit Hypergeschwindigkeit ausstieß.

Valluri und der Postdoktorand Kohei Hattori waren daran interessiert, die Flugbahn von LAMOST-HVS1 zu verfolgen, einem massiven, sich schnell bewegenden Stern, der näher an der Sonne liegt als jeder andere hypervelotische Stern, um herauszufinden, wo er in der Milchstraße ausgeworfen wurde. Sie verwendeten eines der Magellan-Teleskope in Chile, um die Entfernung und Geschwindigkeit des Sterns zu bestimmen.

Hattori schloss sich letztes Jahr einer Gruppe internationaler Wissenschaftler in New York an, um an einem Hackathon teilzunehmen, um Daten von der Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation Gaia, einer Weltraum-Astrometrie-Mission zur Erstellung der größten und genauesten dreidimensionalen Karte, herunterzuladen, auszutauschen und zu analysieren der Milchstraße.

Mit dem aktuellen Standort und der aktuellen Geschwindigkeit des Sterns von Gaia und Magellan konnten die Astronomen ihren Weg oder die Umlaufbahn zurückverfolgen. Zu ihrer Überraschung scheint es, als sei der Stern von der Sternscheibe ausgeworfen worden und nicht aus der Mitte der Milchstraße.

„Wir dachten, dass dieser Stern aus dem galaktischen Zentrum stammt. Aber wenn man sich die Flugbahn anschaut, ist klar, dass dies nicht mit dem galaktischen Zentrum zusammenhängt “, sagt Hattori. „Wir müssen andere Möglichkeiten für die Entstehung des Sterns in Betracht ziehen.“

Nachweis eines Schwarzen Lochs?

Die Autoren vermuten, dass der Ausstoß dieses massiven Sterns aus der Sternscheibe das Ergebnis einer starken Begegnung des Sterns mit mehreren massiven Sternen oder einem schwarzen Loch mit mittlerer Masse in einem Sternhaufen sein kann.

Zwar sind schon seit geraumer Zeit massive, außer Kontrolle geratene Sterne bekannt, die aus Sternhaufen mit Geschwindigkeiten von 40–100 km / s (25–62 Meilen / Sekunde) ausgestoßen wurden, jedoch wurde keine mit der extremen Ausstoßgeschwindigkeit beobachtet, die LAMOST benötigt -HVS1. Theoretische Modelle für außer Kontrolle geratene Sterne, die mehrere massive Sterne enthalten, erzeugen sehr selten solche extremen Geschwindigkeiten, was auf eine exotischere Möglichkeit schließen lässt - ein schwarzes Loch mit mittlerer Masse.

Der berechnete Weg des Sterns beginnt an einer Stelle im Norma-Spiralarm, die nicht mit bisher bekannten massiven Sternhaufen verbunden ist. Wenn dieser hypothetische Sternhaufen existiert, kann er jedoch hinter dem Staub in der Sternscheibe verborgen sein. Wenn Wissenschaftler es finden können, wäre dies die erste Gelegenheit, ein schwarzes Loch mit mittlerer Masse in der Sternscheibe der Milchstraße direkt zu entdecken.

Die Tatsache, dass ein massiver Haufen in der Sternscheibe diesen Stern ausgeworfen hat, deutet auf die Möglichkeit hin, dass solche Sternhaufen auch viele andere sich schnell bewegende Sterne ausgeworfen haben, sagen die Forscher.

Sowohl die Milchstraße als auch die Große Magellansche Wolke (eine separate kleine Galaxie, die die Milchstraße umkreist) weisen einige massive Sternhaufen auf, die wichtige Auswerfer von sich schnell bewegenden Sternen sein könnten, im Gegensatz zu der weit verbreiteten Ansicht, dass Interaktionen mit den zentralen Schwarzen Löchern in einem einzigen auftreten von diesen Galaxien stieß sie aus.

Dies würde auch zu neuen Erkenntnissen über die Wechselwirkungen von Sternen und der möglichen Bildung von schwarzen Löchern mit mittlerer Masse in Sternhaufen führen, so die Forscher.

Die Ergebnisse erscheinen im Astrophysical Journal. Weitere Koautoren stammen von der University of Michigan; das Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam, Deutschland; das Gemeinsame Institut für Nukleare Astrophysik-Zentrum für die Evolution der Elemente; und der University of Chicago.

Quelle: Nardy Baeza Bickel für die University of Michigan

Originalstudie DOI: 10.3847 / 1538–4357 / ab05c8

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