Frage:
Warum fordert das Schwarze Loch mit 70 Sonnenmassen im LB-1-System die aktuelle Astrophysik heraus?
Junaid
2019-12-02 12:49:28 UTC
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Kürzlich entdeckten Wissenschaftler ein großes Schwarzes Loch mit Sternmasse, von dem sie (zuvor) glaubten, dass es in unserer Galaxie nicht möglich sein sollte!

Quelle

Ein internationales Team von Wissenschaftlern sagt, sie hätten ein Schwarzes Loch mit Sternmasse entdeckt, dessen Masse 70-mal größer ist als die der Sonne - so groß, dass es aktuellen Theorien darüber widerspricht, wie Schwarzlöcher es sind freundliche Form.

Warum sollte es nicht in unserem Galaxiesystem vorhanden sein? Gibt es physikalische oder mathematische Berechnungen, die sich seiner Existenz widersetzen?

Referenzen:

Bei Supernova-Explosionen entstehen stellare Schwarze Löcher, sodass nicht die gesamte ursprüngliche Sternmasse im Schwarzen Loch landet. Die Antworten [hier] (https://astronomy.stackexchange.com/q/19813/16685) enthalten einige relevante Details.
Verschiedene Websites melden sehr unterschiedliche Behauptungen der Autoren. Sich auf diese zu verlassen, ist eine Übung der Frustration, da sie sich normalerweise nicht für Wissenschaft oder Wahrheit interessieren, sondern nur einen eingängigen Titel haben, um Werbeeinnahmen zu erzielen :) Leider ist das Papier der Natur zuwider (https://www.nature.com) / articles / s41586-019-1766-2) verschwunden, also ...
@Luaan Ich kann auf das Papier zugreifen (?)
@Allure Ja, es ist wieder online :)
@Luaan Ich habe einen Artikel gefunden, der 100 Millionen dieser Dinge in die Milchstraße bringt. Das ist ungefähr 1 pro 100 Quadratlichtjahre. Die Forscher scheinen eine radikal neue Technik anzuwenden, daher ist es ein guter Zeitpunkt für eine Bestätigung / oder keine Bestätigung.
Raumregel Nr. 1: "sollte nicht möglich sein" bedeutet "wir haben noch nicht gesehen". Es gibt viele Dinge, von denen wir derzeit nicht wissen, dass sie möglich sind. Regel Nr. 2: Wir wissen nichts darüber, was * eigentlich * da draußen ist. Und selbst wenn wir es wüssten, könnte unser schwacher menschlicher Verstand es sowieso nicht verstehen. Unsere Mathematik übertrifft derzeit unser Verständnis um einiges.
@WayfaringStranger Ja, das ist zu erwarten. Es ist keine wirklich radikale neue Technik - wir haben bereits den gleichen Ansatz verwendet, um Planeten um andere Sterne zu finden - und tatsächlich wurden die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien vor Jahrzehnten auf die gleiche Weise gefunden :) Wir sind Nur bessere Computer und Algorithmen, um es praktisch zu machen. Wir haben gewusst, dass es viel mehr Schwarze Löcher geben muss, als wir sehen, denn diejenigen, die wir gesehen haben, waren Akkretionsscheiben zu verdanken, von denen wir erwartet hatten, dass sie viel seltener sind als die Supernovae, die Schwarze Löcher hinterlassen.
@Gloweye Es gibt Möglichkeiten, wie eine Supernova ein Schwarzes Loch hinterlassen kann, das viel massiver ist, als dies normalerweise für möglich gehalten wird. Wir erwarten einfach nicht, dass es in der heutigen Zeit passiert. das bringt uns zurück zu der "ursprünglichen oder extrem alten" Erklärung. Es ist nur so, dass dies die langweiligste Erklärung wäre, die uns nichts Neues über das Universum lehrt. Wir versuchen also herauszufinden, ob es etwas Interessantes gibt, das dies könnte.
["Sorry Science Fans, die Entdeckung eines Schwarzen Lochs mit 70 Sonnenmassen ist Routine, nicht unmöglich"] (https://medium.com/starts-with-a-bang/sorry-science-fans-discovering-a-70 -solar-mass-black-hole-is-Routine-nicht-unmöglich-c5be2556b1e0) - Ethan Siegel - Beginnt mit einem Knall!
Ich möchte die Aufmerksamkeit auf das @Allure's-Update in ihrer Antwort lenken: Die ursprüngliche Arbeit wurde von anderen kritisiert und es gibt wahrscheinlich keinen Löffel errrr 70 Sonnenmasse Schwarzes Loch, eher 4-7 Sonnenmassen.
Zwei antworten:
#1
+31
Allure
2019-12-02 13:12:50 UTC
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Es gibt mehrere Informationen, die man verstehen muss.

Obwohl Sterne mit einer Masse von mehr als 70 Sonnenmassen existieren, verlieren sie normalerweise Masse, wenn sie zu Schwarzen Löchern werden. Die genaue Menge an verlorener Masse hängt von der Metallizität ab (ein Fachbegriff, der beschreibt, wie viel "Metalle" - die Definition des Astronomen für Metalle ist etwas schwerer als Wasserstoff & Helium - im Stern enthalten sind). Der Begleitstern, den wir heute sehen, befindet sich in der solaren Metallizität, daher ist es wahrscheinlich, dass der ursprüngliche Stern (derjenige, der zum Schwarzen Loch wurde) auch in der solaren Metallizität war. Leider bedeutet dies, dass kein Rest eines Schwarzen Lochs mit 70 Massen zurückbleiben sollte. Aus dem Artikel:

Dieses [Schwarze Loch mit 70 Sonnenmassen] würde aktuelle Sternentwicklungsmodelle stark herausfordern, die nur die Bildung von Schwarzen Löchern bis zu $ 25 M_ {sun} $ span> bei Sonnenmetallizität.

Woher kam dann dieses Schwarze Loch mit 70 Sonnenmassen? Das Papier diskutiert einige Alternativen. Das Offensichtliche ist, dass zwei kleinere Schwarze Löcher einfach zu diesem verschmolzen sind. Das Problem dabei ist, dass Sie immer noch zwei Schwarze Löcher mit 35 Sonnenmassen benötigen und 35 eindeutig> 25. (Im Prinzip könnten Sie auch ein Schwarzes Loch mit 25 Sonnenmassen mit einem Schwarzen Loch mit 45 Sonnenmassen verschmelzen lassen, aber das immer noch lässt die Frage offen, woher das Schwarze Loch mit 45 Sonnenmassen überhaupt stammt.) Beachten Sie auch, dass dieses Schwarze Loch wahrscheinlich nicht durch die Verschmelzung von Neutronensternen entstanden ist, da Neutronensterne eine Massengrenze von etwa 2 Sonnenmassen haben. Schließlich verschmelzen drei Schwarze Löcher zu einem, aber das ist unwahrscheinlich: Fusionen sind bereits seltene Ereignisse, und zwei Fusionen müssen noch seltener sein.

Hier sind einige weitere unwahrscheinliche Erklärungen, die mir einfallen:

  • Vielleicht ist es ein ursprüngliches Schwarzes Loch. Das Problem dabei ist, dass ursprüngliche Schwarze Löcher so etwas wie ein Einhorn sind - eine Erklärung des letzten Auswegs - weil sie immer dann funktionieren, wenn Sie eine fehlende Masse benötigen. Wenn Sie eine Beobachtung erklären können, ohne sich auf ursprüngliche Schwarze Löcher zu berufen, ist dies sehr vorzuziehen. Siehe auch den nächsten Aufzählungspunkt.
  • Vielleicht hat sich das Schwarze Loch, das sich an anderer Stelle in einer Umgebung gebildet hat, in der es keine solare Metallizität gibt, an diesen Ort bewegt und seinen Begleitstern eingefangen. Das Problem dabei ist, dass die Erfassung von Sternen kein wahrscheinlicher Prozess ist. Ebenso können wir sagen, dass sich die Erde wahrscheinlich um die Sonne gebildet hat; es bildete sich nicht anderswo und wurde später von der Sonne gefangen genommen. Es gibt ein weiteres Problem, nämlich dass der Stern eine Exzentrizität von fast Null aufweist (dies bedeutet, dass seine Umlaufbahn ungefähr kreisförmig ist). Newtons Gesetze sagen eine elliptische Umlaufbahn voraus. Es gibt Prozesse, die die Umlaufbahnen in Richtung Kreis bewegen, aber die benötigte Zeit ist lang. Ein (seltenes) Sternerfassungsereignis, das zu fast genau einer Kreisbahn führt, ist noch unwahrscheinlicher.

In diesem Artikel werden einige glaubwürdigere Alternativen erörtert:

  • Vielleicht war dies ein dreifaches System, bei dem ein Stern zu einem Schwarzen Loch wurde und dieses Schwarze Loch dann in einen der anderen Sterne "fiel" und es von innen aß.
  • Vielleicht gab es eine "Fallback-Supernova" ". Dies ist, wenn ein Stern Supernova wird, aber das ausgestoßene Material fällt irgendwie auf den Sternrest zurück. Dies wurde nie direkt beobachtet, und dies könnte das erste sein.
  • Vielleicht stimmt etwas mit der Messung nicht, z. eine nicht berücksichtigte systematische Wirkung. Dies ist die banalste Erklärung.

In jedem Fall ist das System jetzt ein attraktives Ziel für Teleskope.

Update: Es gibt jetzt mehrere Artikel, in denen ein Fehler in der Analyse behauptet wird und in diesem System kein Schwarzes Loch mit 70 Sonnenmassen vorhanden ist.

Nur um hinzuzufügen: Erfassungsszenarien sind aufgrund der Umlaufbahn mit geringer Exzentrizität (e = 0,03 ± 0,01) und der langen Zeitspanne für die Zirkularisierung der Umlaufbahn durch Gezeiten unwahrscheinlich, wie im [Entdeckungspapier] (https://arxiv.org/abs) angegeben / 1911.11989). Dies schließt wahrscheinlich auch das Zusammenführen von Schwarzen Löchern (siehe [dieses Papier von Shen et al.] (Https://arxiv.org/abs/1911.12581)) und andere Prozesse aus, die einen plötzlichen Massenverlust beinhalten.
Woher kommt der Begriff "Fusionen sind selten"?
@antispinwards danke, Kommentar zur Exzentrizität des Systems hinzugefügt.
@Beanluc Es ist ein bisschen schwierig, eine direkte Quelle dafür anzugeben, aber indirekte sind möglich: Wir beobachten seit einigen Jahren den gesamten Himmel (vergleichsweise befindet sich dieses System in der Milchstraße) und haben nur wenige Neutronensternfusionen gesehen .
Die Seltenheit von Sternfusionen mit hoher Masse beruht zunächst auf der Beobachtung, dass Sterne mit hoher Masse selten sind. [Schöne Grafik von Uni Colorado] [1] [1]: http://lasp.colorado.edu/outerplanets/images_solsys/big/star_demographic.jpg
Zweitens sind binäre Schwarzloch-Fusionen selten, da es lange dauert, bis zwei Schwarze Löcher in einer Stern-Binärdatei verschmelzen. Sie kommen einfach nicht oft vor und sind blitzschnell vorbei. Die anfänglichen Umlaufbahnen schrumpfen durch die Emission von Gravitationswellen. Dieser Energieverlust ist bei Umlaufbahnen von Tagen (Millionen Jahren) sehr langsam, nimmt jedoch mit abnehmender Umlaufbahn zu. Dies ist die In-Spiral-Phase. Das letzte Zwitschern beim Verschmelzen der Schwarzen Löcher ist nur ein sehr langer Prozess. [LIGO-Quellen und Arten der Gravitationsstrahlung] [2]
Ich habe Behauptungen gesehen, dass die Grenze bei 35 Sonnenmassen liegt und nicht bei 25; Eine Fusion zweier solcher Schwarzer Löcher scheint die Erklärung der Autoren des Papiers zu sein. Es ist auch nicht klar, wie groß die Unsicherheit in der Masse ist, und es scheint einen ziemlich jungen massiven Stern zu geben, der das Schwarze Loch umkreist. Das Originalpapier ist aus der Natur verschwunden. Entweder gibt es ernsthafte Fehlmeldungen, ein Problem mit der Beobachtung oder es ist etwas Interessantes mit LB-1 los :)
@Luaan - es scheint zurück zu sein, ich denke, die * Nature * Website hatte früher ein paar Probleme, da ich 404s auf so ziemlich jedem Papier bekam.
Die Versuche zu erklären, wie man ein $ 70 \ M_ {Sun} $ Schwarzes Loch bekommen kann, scheinen die einfachste Antwort zu beschönigen - eine, die das Papier selbst erwähnt. Dass der abgeleitete Abstand zu diesem System falsch ist und somit die gemessene Masse falsch ist. Wenn man andere Schätzungen verwendet, fällt die Masse auf sehr vernünftige $ 10 \ M_ {Sun} $.
@zephyr Ich habe darüber nachgedacht, es aber versäumt zu erwähnen, weil "etwas mit der Messung nicht stimmt" möglicherweise alles erklären kann, nicht nur diese Beobachtung, sondern jede andere Beobachtung. Ich werde es als kurze Notiz hinzufügen.
@Allure Gültiger Punkt, aber in diesem Fall ist es nicht so sehr "etwas stimmt mit dieser Messung nicht" als vielmehr "eine andere Messung liefert andere Ergebnisse". Ich denke, dieser Punkt ist wichtiger, da das Papier selbst ihn anspricht.
Es ist zu beachten, dass die Bildung eines Schwarzen Lochs mit 70 Sonnenmassen aus dem Zusammenbruch von Sternen aufgrund des Auftretens von Supernovae der Paarinstabilität bei keiner Metallizität als unmöglich angesehen wird. Dies schließt Ihre Option "Es wurde an anderer Stelle gebildet" aus.
#2
  0
Kenneth Bosley
2019-12-07 05:33:24 UTC
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Vielleicht war dies ein galaktisches Schwarzes Loch und ist jetzt ein Überbleibsel einer zuvor akkreditierten Galaxie. Unsere Milchstraße ist ziemlich groß und hätte eine kleinere Galaxie verschlucken können.

Die Frage ist nicht, wie es dort ankam, sondern warum es dort nicht sein sollte.
$ 70 M_ \ odot $ ist viel zu klein für ein galaktisches zentrales Schwarzes Loch.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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