Anscheinend ist das "Monster Black Hole", das Forscher gefunden haben, doch nicht so monströs. Aber Fehler finden und daran arbeiten, sie zu korrigieren, wie die Wissenschaft vorantreibt.
In einer kürzlich durchgeführten Studie (eine von Experten begutachtete Studie, die am 27. November veröffentlicht wurde) berichtete ein Wissenschaftlerteam über die Entdeckung des binären Systems LB-1, das einen Stern und nach den Ergebnissen einen 70-fachen Masse-Begleiter des Schwarzen Lochs enthält unserer Sonne. Dies war eine wichtige Neuigkeit: Schwarze Löcher mit Sternmasse (schwarze Löcher, die durch den Gravitationskollaps eines Sterns entstehen) sind normalerweise weniger als halb so massereich. Die Studie unter der Leitung von Jifeng Liu vom Nationalen Astronomischen Observatorium Chinas (NAOC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften war zwar aufregend, aber auch falsch.
Diese Woche kamen drei neue Artikel heraus, die die Ergebnisse von Lius Studie erneut untersuchten, und diese Studien besagen, dass das Schwarze Loch von LB-1 eigentlich gar nicht so massiv ist.
Seltsame schwarze Löcher
Schwarze Löcher mit Sternmasse werden typischerweise durch die hellen Röntgenemissionen identifiziert, die von dem Gas ausgehen, das die Objekte von ihren Begleitsternen ansammeln oder einziehen. Aber das in LB-1 entdeckte Schwarze Loch ist "nicht wechselwirkend"; Mit anderen Worten, es sammelt kein Gas aus seinem Stern an, so dass es nicht durch helle Emissionen gefunden werden kann. Wissenschaftler glauben, dass es im Universum viele Beispiele für diese Art von Schwarzem Loch gibt, aber da diese Objekte schwer zu erkennen sind, gibt es nur wenige Beobachtungen, die zeigen, wie viele es dort draußen geben könnte.
Um festzustellen, dass das System ein Schwarzes Loch hatte, musste Lius Team das Objekt indirekt finden und untersuchen, indem es die Bewegung in der Doppler-Verschiebung des Sterns des Systems und einer tiefroten Emissionslinie beobachtete.
Unter dem Doppler-Phänomen erscheinen Objekte, die sich in Richtung Erde bewegen, blau, weil die Lichtwellenlängen kürzer werden, und rot, wenn sie sich von uns entfernen, weil die Wellenlängen länger werden. Die Emissionslinie, bekannt als H-Alpha-Emissionslinie, ist eine Spektrallinie oder eine dunkle Linie in einem Spektrum. Spektrallinien werden häufig verwendet, um Atome oder Moleküle zu identifizieren, und diese spezifische Linie wird von Wasserstoffelektronen erzeugt. Lius Team beendete seine Arbeit unter der Annahme, dass diese Linie von der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch kam.
Durch Messung der Änderungen der Doppler-Verschiebung konnten die Forscher die Geschwindigkeit der Objekte und damit ihre Masse bestimmen. "Wenn der Stern und der Begleiter gleich viel beschleunigen würden, würde dies bedeuten, dass sie die gleiche Masse haben, und wenn man viel weniger beschleunigt, wäre es viel schwerer", so der Astronomie-Doktorand Kareem El-Badry von der University of California in Berkeley , sagte ein Co-Autor eines der drei Artikel, in denen diese Ergebnisse analysiert wurden. Bei der Messung der wackelnden Bewegung der Emission, die vom Schwarzen Loch stammt (was Lius Team vermutete), stellte Lius Team fest, dass die Geschwindigkeit des Schwarzen Lochs bedeuten muss, dass es für ein Schwarzes Loch mit Sternmasse extrem massiv ist.
Wenn die Emission tatsächlich von einem Schwarzen Loch kam und sich wie berichtet bewegte, würde dies tatsächlich bedeuten, dass sich ein extrem massives Objekt im System befand, erklärte El-Badry.
Das Hauptproblem mit dieser Schlussfolgerung? Es stellt sich heraus, dass diese Emissionslinie, deren Bewegung als Hauptbeweis für das vorgeschlagene ultramassive Objekt diente, nicht wackelte. Tatsächlich bewegte es sich überhaupt nicht, die neuen Papiere, die sich mit den Schlussfolgerungen von Lius Team befassten, fanden heraus.
Eine kühne Behauptung
Vielleicht haben Sie in den letzten Wochen von einem „unmöglichen“ Schwarzen Loch mit 70 Sonnenmassen gesprochen. In der heutigen Dosis kaltes Wasser argumentieren wir, dass die Daten falsch interpretiert wurden und es keine Hinweise auf ein ungewöhnlich massives BH gibt. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegcDezember 10, 2019
Die Behauptung einer seltsam massiven Entdeckung eines Schwarzen Lochs kam El-Badry zunächst seltsam vor, da diese Art von Schwarzem Loch bei einer solchen Masse noch nie beobachtet wurde. "Mein erster Gedanke, als die Zeitung herauskam, ist, dass dies eine so kühne Behauptung ist, dass die Beweise besser wirklich gut sind", sagte El-Badry gegenüber Space.com. "Sie sollten immer offen sein, aber in diesem Fall war die Behauptung definitiv außergewöhnlich und die Beweise waren etwas wackeliger."
Das Hauptproblem, das El-Badry feststellte, war, dass sich die Emissionslinie nur zu bewegen schien; es wackelte nicht wirklich.
El-Badry und Eliot Quataert, Professor für Astronomie und Physik an der UC Berkeley, veröffentlichte ihre Analyse am Montag (9. Dezember) an den Preprint-Server arXiv. Ihr Artikel wurde auch zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society eingereicht.
Eine fehlende Absorptionslinie
Wie kann eine Emissionslinie also nur "in Bewegung zu sein scheinen"? Nun, es ist einfach so passiert, dass es sich über einer Absorptionslinie befindet, was die Illusion erzeugt hat.
Um die Illusion zu verstehen, müssen Sie zuerst wissen, was eine Absorptionslinie ist. Die äußeren atmosphärischen Schichten, die die Sterne umgeben, dienen als absorbierendes Material, um das vom Stern kommende Licht zu absorbieren. Wenn Forscher das Lichtspektrum von Sternen untersuchen, können sie Absorptionslinien sehen, die von Atomen in der Atmosphäre erzeugt werden, die zwischen Atomzuständen wechseln.
Mit dem Stern in LB-1 gab es eine Absorptionslinie, die durch die Emissionslinie "verborgen" war, sagte El-Badry. Eine solche Situation kann die Illusion erzeugen, dass sich die Emissionslinie bewegt, was zu einer Doppler-Verschiebung führt, die El-Badry und die Wissenschaftler hinter den anderen Arbeiten in den Studien erklärt und gezeigt haben. Durch einfaches Subtrahieren der Absorptionslinie von den Messungen der Emissionslinie stellten El-Badry und Quataert, die dieselben Daten für ihre Studie verwendeten wie Lius Team, fest, dass sich die Emissionslinie überhaupt nicht bewegte.
Ohne die Bewegung dieser Emission erklärte Todd Thompson, Professor am Department of Astronomy der Ohio State University, der an keinem dieser Artikel beteiligt war, Space.com, dass es zwei mögliche Interpretationen gibt. Entweder ist das zweite Objekt im System weitaus massereicher als jemals zuvor beobachtet (weit mehr als 70 Sonnenmassen), oder es ist viel wahrscheinlicher, dass in LB-1 nur ein durchschnittliches Schwarzes Loch vorhanden ist und die Emissionslinie von dort stammt woanders, sagte Thompson.
"Da ist etwas. Es ist nur so, dass es wahrscheinlich nur ein normales Schwarzes Loch mit Sternenmasse ist", sagte Jackie Faherty, leitende Wissenschaftlerin am American Museum of Natural History in New York und Co-Moderatorin von "StarTalk Radio", gegenüber Space .com. Faherty war an keinem dieser Papiere beteiligt.
Da die Emissionslinie jedoch wahrscheinlich nicht vom Schwarzen Loch stammt, können Forscher keine supergenaue Schätzung der Masse des Schwarzen Lochs erhalten. Die Analyse von El-Badrys Team legt jedoch nahe, dass das Schwarze Loch höchstwahrscheinlich zwischen 5 und 20 Sonnenmassen liegt, was, wie in ihrem Artikel beschrieben, "am plausibelsten erscheint".
Entdeckung ... kaputt?
Es sind zwei weitere Papiere erschienen, die auch die Behauptungen von Lius Team erneut untersuchen. Eins, eine Studie des neuseeländischen theoretischen Astronomen J.J. Eldridge, das in arXiv veröffentlicht wurde, verfolgte einen theoretischen Ansatz zur Analyse des Systems. Die Forscher dieser Studie simulierten eine große Bibliothek verschiedener Arten von Binärsystemen, um festzustellen, ob die Wissenschaftler eine Binärdatei finden konnten, die den für LB-1 gemeldeten Beobachtungen entsprach. Sie fanden mehrere, die es konnten, aber keine mit schwarzen Löchern mit 70 Sonnenmassen.
Die andere Studie, ebenfalls bei arXiv veröffentlicht und von Michael Abdul-Masih vom Institut für Astronomie der Universität KU Leuven in Belgien geleitet, verfolgte einen ähnlichen Ansatz wie El-Badry. Anstatt jedoch dieselben Daten wie Lius Team zu verwenden, sammelten diese Forscher ihr eigenes Spektrum des Binärsystems mit einem anderen Teleskop. Sie führten auch Simulationen durch, bei denen sie eine Absorptionslinie unter eine Emissionslinie legten, um festzustellen, ob sich die Emission wie in LB-1 zu bewegen schien. In diesen Simulationen stellte das Team von Abdul-Masih fest, dass sich die Linie scheinbar hin und her bewegt, was einen weiteren Beweis dafür liefert, dass die Emissionslinie im System nur so aussieht, als würde sie sich bewegen.
Einlösung für LB-1
"Es schien ein wenig zu aufregend, um wahr zu sein", sagte Faherty. Aber sie fügte hinzu: "So schreitet die Wissenschaft auch voran."
Faherty betonte: "Dies ist in Ordnung, damit so etwas passiert. Es ist nur eine Korrektur eines früheren Ergebnisses. Es ist in Ordnung, eine solche Situation zu haben", fügte sie hinzu. "Die Wissenschaft schreitet voran und bewegt sich vorwärts."
Diese Folgestudien haben gezeigt, dass das sekundäre Objekt in LB-1 kein ultrarares, ultramassives Schwarzes Loch ist. Es ist jedoch immer noch ein außergewöhnlich interessantes Objekt und es lohnt sich, es weiter zu studieren, sagte El-Badry.
Da der ursprünglichen Studie, einschließlich dieser Follow-up-Analysen, so viel Aufmerksamkeit geschenkt wurde, hat sie das Interesse an der Untersuchung des LB-1-Systems und ähnlicher Systeme erhöht.
Durch die Identifizierung und Untersuchung nicht wechselwirkender Schwarzer Löcher, wie sie mit LB-1 assoziiert sind, können Wissenschaftler mehr über diese schwer fassbaren Objekte erfahren. Angeblich im Weltraum üblich, sind sie schwer zu erkennen, da sie keine hellen Röntgenemissionen erzeugen.
"Es ist eine sehr interessante Zeit, nach diesen nicht wechselwirkenden Schwarzen Löchern zu suchen, und sie haben definitiv ein sehr interessantes System gefunden", sagte Thompson. Es gibt eine "Population, die aus schwarzen Löchern in Stern-Binärdateien bestehen muss, in denen keine aktive Interaktion zwischen den beiden Komponenten besteht", fügte er hinzu.
Darüber hinaus könnte es interessant sein, wenn Wissenschaftler weiterhin untersuchen, woher genau diese H-Alpha-Emissionslinie stammt. Die Papiere, die LB-1 erneut untersuchen, legen nahe, "dass es möglich ist, dass zirkumbinäres Material dafür verantwortlich ist, aber es ist ein kleines Rätsel ... es ist in Ordnung, ein Geheimnis in ein Ergebnis verwickelt zu haben", sagte Faherty.
Space.com wandte sich an Lius Team, um einen Kommentar zu erhalten, und Liu sagte: "Wir schreiben ein Papier, um all diese Bedenken auszuräumen." Er fügte hinzu, dass sein Team erwartet, dass das Papier irgendwann nächste Woche herauskommt.
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