Es ist Zeit, alle fehlenden schwarzen Löcher zu finden.
Dies ist das Argument zweier japanischer Astrophysiker, die einen Artikel verfasst haben, in dem eine neue Suche nach Millionen von "isolierten Schwarzen Löchern" (IBHs) vorgeschlagen wird, die wahrscheinlich unsere Galaxie bevölkern. Diese schwarzen Löcher, die in der Dunkelheit verloren sind, schlürfen Materie aus dem interstellaren Medium - den Staub und andere Dinge, die zwischen Sternen schweben. Dieser Prozess ist jedoch ineffizient, und ein Großteil der Materie wird mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum befördert. Da dieser Abfluss mit der Umgebung interagiert, sollten die Forscher Radiowellen erzeugen, die menschliche Radioteleskope erkennen können. Und wenn Astronomen diese Wellen aus all dem Rauschen im Rest der Galaxie heraussieben können, können sie möglicherweise diese unsichtbaren schwarzen Löcher erkennen.
"Eine naive Art, IBHs zu beobachten, ist ihre Röntgenemission", schrieben die Forscher in ihrem Artikel, der noch nicht offiziell einer Peer-Review unterzogen wurde und den sie am 1. Juli als Preprint auf arXiv zur Verfügung stellten.
Warum das? Wenn schwarze Löcher die Materie aus dem Weltraum saugen, beschleunigt sich diese Materie an ihren Rändern und bildet eine sogenannte Akkretionsscheibe. Die Materie in dieser Scheibe reibt sich an sich selbst, während sie sich in Richtung des Ereignishorizonts dreht - dem Punkt, an dem kein Schwarzes Loch zurückkehrt - und dabei Röntgenstrahlen ausspuckt. Aber isolierte Schwarze Löcher, die im Vergleich zu supermassiven Schwarzen Löchern klein sind, senden auf diese Weise nicht viel Röntgenstrahlung aus. Die Akkretionsscheiben enthalten einfach nicht genug Materie oder Energie, um große Röntgensignaturen zu erstellen. Und frühere Suchen nach IBHs mit Röntgenstrahlen haben keine schlüssigen Ergebnisse erbracht.
"Diese Abflüsse können möglicherweise die IBHs in anderen Wellenlängen nachweisbar machen", schrieben die Forscher Daichi Tsuna von der Universität Tokio und Norita Kawanaka von der Universität Kyoto in ihrer Arbeit. "Die Abflüsse können mit der umgebenden Materie interagieren und starke kollisionsfreie Schocks an der Grenzfläche erzeugen. Diese Schocks können Magnetfelder verstärken und Elektronen beschleunigen, und diese Elektronen emittieren Synchrotronstrahlung in der Radiowellenlänge."
Mit anderen Worten, der Abfluss, der durch das interstellare Medium gleitet, sollte Elektronen mit Geschwindigkeiten bewegen, die Radiowellen erzeugen.
"Interessantes Papier", sagte Simon Portegies Zwart, Astrophysiker an der Universität Leiden in den Niederlanden, der nicht an der Forschung von Tsuna und Kawanaka beteiligt war. Portegies Zwart hat sich auch mit der Frage der IBHs befasst, die auch als Intermediate Mass Black Holes (IMBHs) bezeichnet werden.
"Es wäre eine großartige Möglichkeit, IMBHs zu finden", sagte Portegies Zwart gegenüber Live Science. "Ich denke, dass mit LOFAR eine solche Forschung bereits möglich sein sollte, aber die Empfindlichkeit kann ein Problem darstellen."
IBHs, erklärte Portegies Zwart, werden als "fehlende Verbindung" zwischen den beiden Arten von Schwarzen Löchern angesehen, die Astronomen erkennen können: Schwarze Löcher mit Sternmasse, die zwei- bis möglicherweise 100-mal so groß wie unsere Sonne sein können, und supermassereiche Schwarze Löcher. die gigantischen Bestien, die an den Kernen von Galaxien leben und hunderttausende Mal so groß sind wie unsere Sonne.
Schwarze Löcher mit Sternmasse sind gelegentlich in binären Systemen mit regulären Sternen nachweisbar, da die binären Systeme Gravitationswellen erzeugen können und Begleitsterne Brennstoff für große Röntgenstrahlen liefern können. Und supermassereiche Schwarze Löcher haben Akkretionsscheiben, die so viel Energie abgeben, dass Astronomen sie erkennen und sogar fotografieren können.
IBHs im mittleren Bereich zwischen diesen beiden anderen Typen sind jedoch weitaus schwieriger zu erkennen. Es gibt eine Handvoll Objekte im Weltraum, von denen Astronomen vermuten, dass sie IBHs sind, aber diese Ergebnisse sind ungewiss. Frühere Forschungen, darunter ein Artikel aus dem Jahr 2017 in der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society, die Portegies Zwart mitverfasst hat, deuten jedoch darauf hin, dass sich Millionen von ihnen dort draußen verstecken könnten.
Tsuna und Kawanaka schrieben, dass die beste Aussicht für eine Funkuntersuchung von IBHs wahrscheinlich die Verwendung des Square Kilometer Array (SKA) ist, eines mehrteiligen Radioteleskops, das mit Abschnitten in Südafrika und Australien gebaut werden soll. Es ist geplant, eine Gesamtfläche zum Sammeln von Funkwellen von 1 Quadratkilometer zu haben. Die Forscher schätzen, dass mindestens 30 IBH Funkwellen aussenden, die die SKA in ihrer ersten Proof-of-Concept-Phase, die für 2020 geplant ist, erkennen kann. Später, so schrieben sie, die vollständige SKA (geplant für die Mitte der 2020er Jahre) sollte in der Lage sein, bis zu 700 zu erkennen.
SKA sollte nicht nur Funkwellen von diesen IBHs erkennen können, sondern auch die Entfernung zu vielen von ihnen genau abschätzen können. Wenn diese Zeit gekommen ist, sollten endlich alle diese fehlenden schwarzen Löcher aus dem Versteck kommen.
