Astronomen haben gerade entweder das am wenigsten massereiche Schwarze Loch oder einen seltsamen und massereichen Neutronenstern entdeckt
Schwarze Löcher sind die ultimative Grenze des Gravitationskollapses. Bringen Sie genügend Masse in ein ausreichend kleines Volumen, und ihr eigenes Gewicht wird die Masse in Vergessenheit geraten lassen. Alles, was übrig bleibt, ist eine verzerrte Raumtasche, in der alles, was zu nahe kommt, sogar Licht, eingeschlossen werden kann.
Grundsätzlich ist keine Mindestmasse erforderlich. Wenn Sie ein Stück Materie fest genug zusammendrücken können, wird es schließlich einen Punkt des Zusammenbruchs erreichen. Aber in der Praxis liegen die Dinge nicht so einfach. Wenn du Materie zusammendrückst, drückt die Materie zurück. Das Gleichgewicht zwischen Materieschub und Schwerkraft bringt Planeten und kleine Sterne in ein hydrostatisches Gleichgewicht. Ein Stern wie unsere Sonne ist zu klein, um ein Schwarzes Loch zu werden, und wird stattdessen seine Tage als Weißer Zwerg beenden.
Künstlerische Darstellung der Kollision zweier Neutronensterne. Bildnachweis: Robin Dienel/The Carnegie Institution for Science
Das hydrostatische Gleichgewicht hat jedoch seine Grenzen. Es gibt einen Punkt, an dem Materie der erdrückenden Kraft der Schwerkraft nicht mehr widerstehen kann, und diese Grenze scheint etwas mehr als 2 Sonnenmassen zu sein. Die interne Verschmelzung von Materie im Kern eines Sterns kann größere Sterne für eine Weile vom Kollaps abhalten, aber wenn die Fusion aufhört, wird es zu einem hydrostatischen Kampf zwischen Materie und Schwerkraft. Jeder Stern, der kleiner als 1,4 Sonnenmassen ist, kollabiert zu einem Weißen Zwerg, und alles, was größer ist, kollabiert zu einem Neutronenstern, bis zur Tolman-Oppenheimer-Volkoff-(TOV)-Grenze für Neutronensterne. Größer als das, und der Stern kollabiert zu einem schwarzen Loch.
Die genauesten Berechnungen des TOV-Limits legen die maximale Masse eines Neutronensterns auf etwa 2,16 Sonnenmassen fest. Die massereichster bestätigter Neutronenstern hat eine geschätzte Masse von 2,14 Sonnenmassen. 2017 beobachtete LIGO die Verschmelzung zweier Neutronensterne, bei der Astronomen die Grenze bei etwa 2,2 Sonnenmassen ermittelten. Andererseits könnte das kleinste beobachtete Schwarze Loch eine Masse von etwa 3,7 Sonnenmassen haben, obwohl einige Schätzungen seine Masse näher an 5 schätzen. Dazwischen liegt das, was Astronomen die Massenlücke nennen. Irgendwo innerhalb dieser Lücke befindet sich die dunkle Kante zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern.
Was ist 2019 mit einem Schwarzen Loch verschmolzen? Bildnachweis: LIGO/Caltech/MIT/R. Verletzt (IPAC)
Jetzt hat LIGO ein Objekt direkt am Rand entdeckt. Im August 2019 beobachteten sie Gravitationswellen aus der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit 23 Sonnenmassen mit einem Objekt mit der 2,6-fachen Sonnenmasse. Mit dieser Masse ist es entweder das kleinste entdeckte Schwarze Loch oder der größte Neutronenstern. Wenn es ein Neutronenstern ist, dann muss unser traditionelles Modell von Neutronensternen etwas falsch sein. Es könnte ein exotischeres Objekt sein, das als a . bekannt ist Quark-Stern.
Obwohl die Masse des Objekts gut definiert ist, gibt es leider keine Möglichkeit, seine Natur zu bestimmen. Theoretisch würde die Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronen- oder Quarkstern zusätzlich zu den Gravitationswellen einen Röntgenstrahl auslösen. Aber diese Verschmelzung war so weit entfernt, dass es schwierig wäre, ein Lichtsignal zu erkennen, und es wurde kein entsprechendes Lichtsignal gesehen.
Dennoch wissen wir jetzt, dass einige Objekte sehr nahe an der Grenze des Schwarzen Lochs sind. Mit weiteren Beobachtungen werden wir bald wissen, was diese Grenze wirklich ist.
Referenz:Cho, Adrian. ' Es entsteht eine Gewichtsgrenze für Neutronensterne . 'Wissenschaft(2018): 724-725.
Referenz:Abbott, R., et al. “ GW190814: Gravitationswellen aus der Koaleszenz eines Schwarzen Lochs mit 23 Sonnenmassen und einem kompakten Objekt mit 2,6 Sonnenmassen . 'Die Briefe des Astrophysikalischen Journals896.2 (2020): L44.