Schwarze Löcher zerstören Tausende von Sternen, um das Wachstum voranzutreiben

In einigen der überfülltesten Teile des Universums reißen Schwarze Löcher möglicherweise Tausende von Sternen auseinander und verwenden ihre Überreste, um an Gewicht zuzunehmen. Diese Entdeckung, die mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA gemacht wurde, könnte dabei helfen, Schlüsselfragen zu einer schwer fassbaren Klasse von Schwarzen Löchern zu beantworten.

Während Astronomen zuvor viele Beispiele von Schwarzen Löchern gefunden haben, die Sterne zerreißen, wurden nur wenige Beweise für eine Zerstörung in einem so großen Ausmaß gesehen. Diese Art der Zerstörung von Sternen könnte erklären, wie mittelgroße Schwarze Löcher durch das außer Kontrolle geratene Wachstum eines viel kleineren Schwarzen Lochs entstehen.

Astronomen haben detaillierte Studien über zwei unterschiedliche Klassen von Schwarzen Löchern durchgeführt. Die kleinere Variante sind Schwarze Löcher mit „stellarer Masse“, die typischerweise das 5- bis 30-fache der Masse der Sonne wiegen. Am anderen Ende des Spektrums befinden sich die supermassiven Schwarzen Löcher, die in der Mitte der meisten großen Galaxien leben und Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen wiegen. In den letzten Jahren gab es auch Hinweise darauf, dass eine Zwischenklasse namens „Zwischenmasse“-Schwarze Löcher existiert.

Die neueste Studie, die Chandra-Daten von dichten Sternhaufen in den Zentren von 108 Galaxien verwendet, liefert Hinweise darauf, wo sich diese mittelgroßen Schwarzen Löcher bilden könnten und wie sie wachsen.

„Wenn Sterne so nah beieinander liegen wie in diesen extrem dichten Haufen, bietet dies einen brauchbaren Nährboden für Schwarze Löcher mittlerer Masse“, sagte Vivienne Baldassare von der Washington State University in Pullman, Washington, die die Studie leitete. „Und es scheint, dass je dichter der Sternhaufen ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er ein wachsendes Schwarzes Loch enthält.“

Theoretische Arbeiten des Teams implizieren, dass, wenn die Dichte der Sterne in einem Haufen – die Zahl, die in ein bestimmtes Volumen gepackt ist – über einem Schwellenwert liegt, ein Schwarzes Loch mit stellarer Masse in der Mitte des Haufens ein schnelles Wachstum erfährt, wenn es heranzieht , zerkleinert und nimmt die reichlich vorhandenen Sterne in unmittelbarer Nähe auf.

Von den Clustern in der neuen Chandra-Studie enthielten diejenigen mit einer Dichte oberhalb dieser Schwelle etwa doppelt so wahrscheinlich ein wachsendes Schwarzes Loch wie diejenigen unterhalb der Dichteschwelle. Die Dichteschwelle hängt auch davon ab, wie schnell sich die Sterne in den Haufen bewegen.

„Dies ist eines der spektakulärsten Beispiele, die wir für die unersättliche Natur von Schwarzen Löchern gesehen haben, weil Tausende oder Zehntausende von Sternen während ihres Wachstums verbraucht werden können“, sagte Nicholas C. Stone, ein Co-Autor von The Hebrew Universität Jerusalem. „Das außer Kontrolle geratene Wachstum beginnt sich erst zu verlangsamen, wenn der Vorrat an Sternen zur Neige geht.“

Andere Möglichkeiten, nach denen Wissenschaftler massive Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien bilden könnten, sind der Kollaps einer gigantischen Gas- und Staubwolke oder der Kollaps übergroßer Sterne direkt in ein mittelgroßes Schwarzes Loch. Beide Ideen erfordern Bedingungen, von denen Wissenschaftler glauben, dass sie nur in den ersten paar hundert Millionen Jahren nach dem Urknall existierten.

Der von der neuesten Chandra-Studie vorgeschlagene Prozess kann zu jedem Zeitpunkt in der Geschichte des Universums stattfinden, was bedeutet, dass Schwarze Löcher mit mittlerer Masse Milliarden von Jahren nach dem Urknall bis heute entstehen können.

Das Wachstum von Schwarzen Löchern in dichten Sternhaufen könnte auch die Detektion von Gravitationswellen durch das Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) einiger Schwarzer Löcher erklären, deren Masse zwischen dem 50- und 100-fachen der Masse der Sonne liegt. Solche Schwarzen Löcher werden von den meisten Modellen des Zusammenbruchs massereicher Sterne nicht vorhergesagt.

„Unsere Arbeit beweist nicht, dass in Sternhaufen ein außer Kontrolle geratenes Wachstum von Schwarzen Löchern auftritt“, sagte Adi Foord, ein Co-Autor der Stanford University in Palo Alto, Kalifornien. „Aber mit zusätzlichen Röntgenbeobachtungen und zusätzlicher theoretischer Modellierung könnten wir das machen ein noch stärkerer Fall.“

Ein Papier, das diese Ergebnisse beschreibt, wurde angenommen Das Astrophysikalische Journal.