Die gigantischen supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum scheinbar jeder Galaxie gehören zu den faszinierendsten und extremsten Objekten der modernen Astronomie und Kosmologie. Mit Massen weit über Millionen und manchmalMilliardender unserer Sonne ist es fast unmöglich, die außergewöhnliche Größe dieser Himmelsleviathane zu begreifen. Eines der großen Rätsel der modernen Astrophysik ist die Antwort auf die Entstehung solch riesiger Objekte. In einem Pressemitteilung März veröffentlicht, schlagen Forscher vor, dass die Ursprünge supermassereicher Schwarzer Löcher bei längst ausgestorbenen Sternen der ersten Generation mit Massen weit über den massereichsten Sternen im modernen Universum liegen könnten. Sie schlagen nicht nur vor, dass solche Riesen existierten, sondern sie schlagen auch vor, dass sie einen Weg gefunden haben, eine bestimmte Untergruppe dieser Sterne zu entdecken. Dieser Durchbruch ist unserem alten Freund zu verdanken, Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.
Die massereichsten Sterne im Universum wiegen heute in der Nähe 150 Sonnenmassen . Es wird angenommen, dass die primordialen supermassiven Sterne der Ursprung oder der Keim supermassiver Schwarzer Löcher sindGrößenordnungenmassiver. Wir sprechen im Bereich von 10.000-100.000 Sonnenmassen! Wenn Sterne in dieses Massenregime eintreten, unterscheidet sich ihr Verhalten deutlich von dem moderner und massereicher Sterne.
Ein Modell, das das vorhergesagte Supernova-Verhalten eines supermassereichen Sterns zeigt.Kredit Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
Wenn diese riesigen Sterne am Ende ihres Lebens ausbrennen, ist die Schwerkraft so stark, dass sie ohne die spektakulären Supernova-Explosionen, die wir heute mit dem massiven Sternentod in Verbindung bringen, direkt in ein Schwarzes Loch kollabieren können. Dies stellt ein echtes Problem dar, wenn es darum geht, diese Ereignisse zu erkennen. Offensichtlich sind Schwarze Löcher dunkel, und ohne eine helle, charakteristische Supernova wären diese extremen Sterne im Wesentlichen nicht nachweisbar. Denken Sie daran, dass diese Sterne nur für kurze Zeit während der frühesten Stadien der Galaxienentstehung im jungen Universum existierten. Wir können ihre Nachbarschaft nur sehen, wenn wir Milliarden von Lichtjahren entfernt hinschauen, und somit Milliarden von Jahren in die Vergangenheit.
Ich habe mit einem der leitenden Forscher über die geniale, relativistische Lösung dieses scheinbar unlösbaren Rätsels gesprochen. Dr. Ke-Jung Chen von Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipeh, Taiwan, kommentierte einen „Sweet Spot“ in der Masse dieser Sterne, der durch umfangreiche Modellierung aufgedeckt wurde.
Ein weiteres Supernova-Modell, das Dr. Chen den „Brainstar“ nannte. Kredit Kredit Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
„Das Modell zeigte, dass es bei etwa 55.000 Sonnenmassen ein sehr interessantes Verhalten aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie gibt.“ Chen erklärte: „…weil Einstein sagt, die Energie vonalles,Photonen, Gas usw. tragen zum Schwerefeld bei. Der Druck beginnt, zum Gravitationsfeld beizutragen … er startet eine heftige Kernreaktion und setzt dann eine große Energiemenge und eine Supernova-Explosion frei.“
Dr. Chen erklärte weiter, dass dies nur am Sweetspot von 55.000 Sonnenmassen auftritt. Weniger als das, und der relativistische Beitrag ist zu gering, um diese besonders heftigen Kernreaktionen auszulösen. Mehr und die Schwerkraft ist so extrem, dass alles im Schwarzen Loch landet und wir nur noch Dunkelheit sehen. Angesichts der Milliarden von Galaxien am Rande des beobachtbaren Universums ist es unglaublich wahrscheinlich, dass zumindest einige dieser Goldlöckchen 55.000 Sonnenmassen-Supernovae nachweisbar sind.
Eine andere Frage, die einem sofort in den Sinn kommt, wenn man sich diese primordialen Sternriesen ansieht: Warum sehen wir im modernen Universum keine Sterne dieser Größe?
Supermassive Schwarze Löcher wie das im Zentrum der Galaxie M87 (oben abgebildet aus den berühmten Ereignishorizontteleskop-Beobachtungen von 2019) haben das Millionen- oder Milliardenfache der Sonnenmasse. Ihre mysteriösen Ursprünge können durch primordiale supermassive Sterne im frühen Universum erklärt werden. Credit: Event Horizon Telescope Collaboration
„Wir glauben, dass sich ein supermassereicher Stern nur im frühen Universum bilden kann. Dies liegt an Metallen, dh anderen Elementen als Wasserstoff und Helium. Im Urknall haben wir nur Wasserstoff und Helium und eine winzige Menge Lithium. Wir haben keinen Kohlenstoff, keinen Sauerstoff, keine Elemente, die zum Leben benötigt werden usw. Da diese (Metall-)Elemente große Ordnungszahlen und viele Elektronen in ihren Bahnen haben, können sie Moleküle und Verbindungen bilden. Dadurch wird das (umgebende) Gas effizient gekühlt, was zum Kollaps und zur Bildung eines Sternhaufens führt.“ Ohne schwere Elemente, die zu einer lokalen Abkühlung und Kondensation von Gaswolken führen, ist es im Wesentlichen wahrscheinlicher, dass ein großes Gasvolumen in der überwiegend aus Wasserstoff und Helium bestehenden Umgebung des frühen Universums zu einem supermassiven Stern zusammenbricht und nicht zu einer Vielzahl von Sternen, wie wir in . sehen die offenen Sternhaufen des modernen Universums. Dieses Gespräch hebt auch eine lustige Angewohnheit von Astronomen hervor, die einige Chemiker in den Wahnsinn treibt, die sich auf alle Elemente bezieht, die schwerer als Wasserstoff und Helium als Metalle sind!
Chen beschrieb seine Hoffnungen, die charakteristischen Supernovae dieser supermassiven Sterne zu entdecken, deren Masse zufällig genau auf dem Sweetspot der 55.000 Sonnenmassen landet. „Diese Beobachtungen sind möglich, insbesondere für die kommende James Webb Weltraumteleskop .“ Wenn dies der Fall ist, werden die Beobachtungen Aufschluss über die Natur der Galaxienentstehung und -entwicklung selbst geben.
Künstlerisches Konzept des James Webb Space Telescope Credit: Adriana Manrique Gutierrez, NASA Animator
Die grundlegende Natur supermassereicher Schwarzer Löcher könnte mit diesen supermassereichen Sternen in Verbindung gebracht werden. Sweet-Spot-Supernovae könnten den Weg in eine neue Ära der Kosmologie ebnen. Dr. Chen strahlt bei der Beschreibung seiner Forschungen vor Neugier und einer Leidenschaft für Entdeckungen und Erkundungen. Es ist schwer, nicht die gleiche Aufregung zu verspüren, sowohl für die fantastischen Beobachtungs- und theoretischen Errungenschaften, die uns hierher geführt haben, als auch für die massiven (Wortspiel beabsichtigten) Entdeckungen gleich um die Ecke.
Leitbild: Farben zeigen komplexe Wechselwirkungen der Sauerstoffhäufigkeit, die eine Supernova in einem Stern mit 55.000 Sonnenmassen antreiben. Kredit Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
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