Ein Forscherteam der University of Oklahoma hat „planetarische Massenkörper“ außerhalb der Milchstraße entdeckt. Sie wurden in einer Galaxie mit Gravitationslinse und in einem Galaxienhaufen mit Gravitationslinse unter Verwendung einer Technik namens Quasar-Mikrolinsen entdeckt. Bei den planetarischen Massenobjekten handelt es sich laut den Forschern entweder um Planeten oder urzeitliche Schwarze Löcher.
Diese Erkennungen sind die zweite und dritte dieser Art. Der erste geschah im Jahr 2018 mit einigen der gleichen Forscher. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, solche Objekte direkt zu erkennen und zwischen Planeten und kleinen Schwarzen Löchern zu unterscheiden.
„Der Nachweis von Objekten mit Planetenmasse, entweder frei schwebenden Planeten oder ursprünglichen Schwarzen Löchern, ist äußerst wertvoll für die Modellierung der Sternen-/Planetenentstehung oder des frühen Universums“, sagte Hauptautor Dai in a Pressemitteilung . „Auch ohne die Zersetzung der beiden Populationen liegt unsere Grenze für die primordiale Schwarzlochpopulation bereits einige Größenordnungen unter den vorherigen Grenzen in diesem Massenbereich.“
Das neue Papier, das diese Ergebnisse skizziert, trägt den Titel „ Bestätigung von Objekten mit Planetenmasse in extragalaktischen Systemen .“ Die Autoren sind Saloni Bhatiani, Xinyu Dai und Eduardo Guerras. Das Papier ist im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Wir haben in den letzten Jahren viel über die Vielfalt und relative Häufigkeit von Planeten in unserer eigenen Milchstraße gelernt. Aber was ist mit anderen Galaxien? Sie sind auf dieser Detailebene schwer zu untersuchen, was bedeutet, dass wir nur sehr wenige Beweise über extragalaktische Planeten hatten, nur Annahmen. Aber eine neue Technik, die auf Quasar-Mikrolinsen basiert, liefert uns weitere Beweise.
Eine Darstellung von Quasar-Mikrolinsen. Das Mikrolinsenobjekt in der Vordergrundgalaxie könnte ein Stern (wie abgebildet), ein urzeitliches Schwarzes Loch oder jedes andere kompakte Objekt sein. Bildnachweis: NASA/Jason Cowan (Astronomy Technology Center).
Die Technik beruht auf dem Licht von weit entfernten hellen Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) oder Quasaren. Mit diesem Licht konnten die Forscher das Spektrum der Lichtsignaturen der Planetenkörper untersuchen. Dies ermöglichte es ihnen, „den Bruchteil dieser Planetenmassenobjekte in Bezug auf den galaktischen Halo einzuschränken“. Die Objekte machen etwa 0,01 % der Gesamtmasse ihrer Wirtsgalaxien aus. Ihre Massen reichen von der Jupiter- bis zur Mondmasse und stellen die strengsten Beschränkungen in diesem Massenbereich bereit.
Die beiden Systeme sind Q J0158-4325 und SDSS J1004+4112 .
Eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops eines Quasars, aufgenommen vom Galaxienhaufen SDSS J1004+4112. Es wurde im Rahmen des Sloan Digital Sky Survey entdeckt und ist etwa 7 Milliarden Lichtjahre entfernt. Bildquelle: Europäische Weltraumorganisation, NASA, Keren Sharon (Universität Tel-Aviv) und Eran Ofek (CalTech)
Diese Objekte sind gravitativ ungebunden und laut den Forschern sind sie eines von zwei Dingen: abtrünnige frei schwebende Planeten, die während der Entstehung von Sternen und Planeten ausgestoßen oder zerstreut wurden; oder urzeitliche Schwarze Löcher. Wie die Forscher in ihrem Papier sagen: 'Unsere Analyse legt nahe, dass ungebundene Planetenmassenobjekte in Galaxien universell sind, und wir vermuten, dass die Objekte entweder frei schwebende Planeten oder urzeitliche Schwarze Löcher sind.'
„Wir können konsequent Signale von Planetenmassenobjekten in entfernten Galaxien extrahieren. Dies öffnet ein neues Fenster in der Astrophysik.“
Saloni Bhatiani, Co-Forscher und Ph.D. Student an der OU.
Diese Studie zeigt, dass Objekte mit planetarischer Masse in Galaxien wahrscheinlich universell sind. Es bietet auch die allerersten Beschränkungen der Masse für die Intracluster-Region eines Galaxienhaufens. Bei primordialen Schwarzen Löchern liegen diese Grenzen mehrere Größenordnungen unter den vorherigen Grenzen. Wie sie in ihrem Artikel sagen: 'Die astronomische dunkle Materie von Planeten bis zur stellaren Skala ist auch als massereiche kompakte Halo-Objekte (MACHOs) bekannt. Sie war zuvor auf weniger als 10 % der Gesamtmasse der Milchstraße beschränkt.' Aber diese Arbeit reduziert dies auf etwa 0,01 % der Gesamtmasse ihrer Wirtsgalaxien.
„Wir freuen uns sehr über die Erkennungen in zwei neuen Systemen“, sagte Ph.D. Student Saloni Bhatiani, der einer der Forscher war. „Wir können konsequent Signale von Planetenmassenobjekten in entfernten Galaxien extrahieren. Dies öffnet ein neues Fenster in der Astrophysik.“
Wie das Papier sagt: „Die Anzahldichte von FFPs (frei schwebenden Planeten) hängt nicht nur von den detaillierten Auswurfprozessen ab, sondern auch von den Planetenentstehungsmodellen. Es wird angenommen, dass Primordiale Schwarze Löcher während der Inflationsepoche aus Quantenfluktuationen entstanden sind. Daher können diese Planeten-Masse-Objekte entweder als Sondierung der Sternen-/Planetenbildung und des Streuprozesses oder der fundamentalen Physik im sehr frühen Universum in der Inflationsära dienen.“
Diese Arbeit ist also bemerkenswert, weil sie die Existenz von Objekten mit planetarischer Masse bestätigt, als das Universum halb so alt war wie heute.
Röntgenbild des Gravitationslinsensystems SDSS J1004+4112, aufgenommen vom Chandra X-ray Observatory der NASA; die zentrale rote ausgedehnte Emission stammt vom heißen Gas im Vordergrundlinsen-Galaxienhaufen und die vier blauen Punktquellen sind die Linsenbilder des Hintergrundquasars. Bildnachweis: University of Oklahoma.
Die Daten, die diese Arbeit unterstützen, stammen vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA. Die Beobachtungsbeweise für diese Planetenmassenobjekte wurden aus den Mikrolinsensignalen abgeleitet, die als Verschiebungen in der Röntgenemissionslinie des Quasars erscheinen. Diese Beobachtungsmessungen wurden mit Mikrolinsensimulationen abgeglichen, die am OU Supercomputing Center for Education and Research berechnet wurden.
Urzeitliche Schwarze Löcher entstanden im frühen Universum. Sie sind weitgehend hypothetisch, und wenn sie existieren, haben sie sich in der ersten Sekunde nach dem Urknall gebildet. Damals war das Universum eher klumpig als homogen, und Astronomen glauben, dass einige dichte, heiße Regionen zu Schwarzen Löchern zusammengebrochen sein könnten.
Wissenschaftler, darunter der verstorbene Stephen Hawking, dachten seit einiger Zeit, dass dunkle Materie urzeitliche Schwarze Löcher sein könnten. Aber diese Theorie scheint ins Bett gebracht worden zu sein 2019 Papier .