Einzelne  in der Galaxie driftende Schwarze Löcher entdeckt


Zwei internationale Astronomenteams, die das Hubble Space Telescope der NASA sowie bodenstationierte Teleskope in Australien und Chile verwendeten, entdeckten die ersten Beispiele für isolierte Schwarze Löcher, die die Masse von Sternen haben und unter den Sternen in unserer Galaxie entlang driften.

Alles, was wir bisher  über stellare Schwarzer Löcher, die im Orbit um gewöhnliche Sternen gefunden wurden, wissen, wurde durch ihre Effekte auf ihren Begleitstern bestimmt. Auf ihre Anwesenheit wurde ausschließlich hieraus geschlossen. Die beiden einzelnen Schwarzen Löcher wurden indirekt  durch die Art und Weise ihrer extremen Schwerkraft-Beugung des Lichts eines entfernteren Sterns hinter ihm entdeckt.

"Diese Ergebnisse legen nahe, dass Schwarze Löcher allgemein sind und einige massereiche aber gewöhnliche Sterne ihr Leben als Schwarzes Loch anstelle eines Neutronenstern beenden könnten," sagte David Bennett von der University of Notre Dame, Scott Bend, Indiana. Bennett präsentierte die Ergebnisse seines Teams am 13. Januar 2000 in Altanta auf dem 195sten Treffen der American Astronomical Society.

Die Befunde legen ebenso nahe, dass Schwarze Löcher mit Sternenmasse zu ihrer Bildung keiner Interaktion in einem Doppelstern-System bedürfen, sie könnten auch durch den Kollaps isolierter massereichen Sternen entstehen, wie dies seit langem durch einige Theoretiker angenommen wurde.

Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs verhält sich wie eine starke Linse, die das Licht des Hintergrundsterns so beugt, dass es, wenn das Schwarze Loch langsam vor ihm treibt, wie zwei verschiedene Bilder erscheint, . Der Beugungswinkel ist etwa 100 mal kleiner als die Kantenauflösung von Hubble, deswegen können die beiden verzerrten Bilder nicht getrennt werden - auch nicht durch hochauflösende Hubble-Abbildungen.

Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs vergrößert jedoch diese stellaren Bilder und bewirkt, dass sie das Schwarze Loch beleuchten, das vor ihnen vorbeizieht. Bennetts Team suchte nach solchen Passagen, die gravitationelle mikrovergrößernde Ereignisse (gravitational microlensing effects) genannt werden.

Vorsichtige Analysen der beiden Ereignisse enthüllten, dass jedes der  vergrößerten Objekte etwa die sechsfache Sonnenmasse aufweist. Falls dieses Objekte gewöhnliche Sterne mit dieser Masse wären, wären sie hell genug, um weiter entfernte Hintergundsterne zu in den Schattten zu stellen. Die Massen sind ebenso zu groß, um Weiße Zwerge oder Neutronensterne sein zu können. Es bleibt das "Schwarze Loch" als die bestmögliche Erklärung.

Die Technik der Mikro-Vergrößerungs-Entdeckung eröffnet es  in Kombination mit Hubbles außergewöhnlicher Auflösung,  den mikrovergrößerten Stern zu bestimmen, die Möglichkeit nach einzelnen Schwarzen Löchern zu suchen und einzuschätzen, ob sie die Ursache für die langgesuchten "dunklen Materie" der Galaxie sind.

Diese mikrovergrößernden Ereignisse wurden 1996 und 1998 durch die Massive Compact Halo Objekt (MACHO) Collaboration with the  National Science Foundation  unter Verwendung des 1,3-Meter-Teleskop des Mount Stromlo Observatory in Canberra, Australien, entdeckt, während  die Vergrößerung immer noch anwuchs. Die prompte Entdeckung und Ankündigung dieser Ereignisse ermöglichte genaue nachfolgende Beobachtungen durch das Global Microlensing Alert Network (GMAN) vom 0,9-Meter-Teleskop des Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) aus sowie durch das Microlensing Planet Search Project, das das 1.9-Meter-Teleskop auf Mount Stromlo einsetzte.

Das MACHO-Team begutachtete zehn Millionen von Sternen in  Richtung Zentrum des Universums, wo das Sternfeld quasi überfüllt  ist, wodurch die Chance, seltene gravitationelle mikrovergrößernde Effekte zu sehen, zunahm. Die beiden Ereignisse waren ebenso von ungewöhnlich langer Dauer: Sie hielten 800 bzw. 500 Tag an, was nahelegt, dass die vergrößerten Objekte eine große Masse haben.

Folgebeobachtungen wurden  am 15. Juni 1999 mit Hubble gemacht, um den vergrößerten Stern des ersten Ereignisses zu identifizieren und eine genaue Messung seiner Helligkeit nach dem Vergrößerungs-Effekt durchzuführen. Das Hubble-Bild gibt Anlass zu der Vermutung, dass der vergrößerte Stern mit zwei  benachbarten Sternen von ähnlicher Helligkeit vermischt war, die mit der niedrigeren Auflösung der mit bodenstationierten Teleskopen aufgenommenen Bilder nicht getrennt werden konnten. Hubbles Identifikation des vergrößerten Sterns  ließ eine genaue Bestimmung der Masse des Schwarzen Lochs zu.

Das Ereignis von 1998 war heller, und aufbauend auf die durch bodenstationierte Teleskope  gewonnene Messungen wurde es Astronomen möglich, die Helligkeit des vergrößerten Sternes zu bestimmen, doch diese Bestimmung muss durch zukünftige Hubble-Bilder bestätigt werden.

Es gab bis jetzt mehr als 300 BEispiele von gravitationellen Mikro-Vergrößerungen in Richtung Zentral-Region unserer Galaxie zu sehen. Die am längsten andauernden microvergrößernde Ereignisse könnten entweder durch sehr massive Linsen oder eine langsame relative Bewegung zwischen der Linse und der Quelle verursacht worden sein, doch zusätzliche Informationen werden gebraucht, um die Parameter des Vergrößerungs-Effekts zu bestimmen. Diese zusätzlichen Information könnten durch die GMAN- und MPS-Gruppen erhalten werden, die das 0,9 Meter-Telescop am CTIO und das 1.9-Meter-Teleskop am Mount Stromlo in Form einer Asymmetrie im Vergrößerungsmuster mit der Zeit aufgrund der Umlaufbewegung der Erde gewonnen werden. Diese Asymmetrie ist bekannt als  mikrovergrößernder Parallaxeneffekt, ähnlich dem Parallaxeneffekt, der die Entfernungen von näheren Sternen übermittelt.

Die nachfolgend besprochenen Bilder und den Original-Pressetext finden Sie hier.

Photo-Nr. STScI-PRC00-03
 
 

Einzelnes Schwarzes Loch zieht vor einem Stern vorbei
 

Zum Bild links:
Zwei Bilder eines überfüllten Sternfelds, wie es durch bodenstationierte Teleskope gesehen wird, zeigen die feine Helligkeit eines Sterns aufgrund des Effekt der gravitationellen Mikro-Vergrößerung, wo ein unsichtbares aber massereiches Vordergrundobjekt vor dem Stern vorbeizieht und dessen Licht verstärkt. Das dunkle vergrößerte Objekt wird als ein Schwarzes Loch von sechsfacher Sonnenmasse, das als einzelnes Objekt zwischen den Sternen driftet, identifiziert.

Herausgeber:  NOAO, Cerro Tololo Inter-American Observatory
 

Zum Bild rechts:
Ein NASA Hubble Space Telescope Bild des gleichen Feldes löst deutlich den vergrößerten Stern auf und steigert dessen eigentliche Helligkeit. Die Hubble-Beobachtung war notwendig, da aus den vom Boden aus gewonnenen Bilder nicht zu erkennen war, wie hell der vergrößerte Stern tatsächlich war, bevor er vergrößert wurde. Die Sternfelder, in denen mikrovergrößernde Ereignisse beobachtet werden, sind so mit Sternen überfüllt, dass die Abbildung des vergrößerten Sterns oft mit Abbildungen von nicht vergrößerten Sternen verschwimmt. Doch mit den Hubble-Bilder können die Astronomen den vergrößerten Stern identifizieren und seine normale Helligkeit bestimmen. Die Hubble-Bilder wurden am 15. Juni 1999 aufgenommen.

Herausgeber:  NASA und David Bennett (University of Notre Dame, Indiana)
 

Übersetzung: Roland M. Horn

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