Parasitäre Schwarze Löcher könnten Sterne von innen zerfressen: ScienceAlert

By | December 15, 2023

Ein sehr ungewöhnlicher Kandidat für Dunkle Materie könnte sich im Inneren von Sternen verstecken und sie langsam von innen nach außen verschlingen.

Eine neue Arbeit unter der Leitung des Astrophysikers Earl Bellinger vom Max-Planck-Institut für Astrophysik und der Yale University schlägt vor, dass winzige Schwarze Löcher, die sich zu Beginn der Zeit gebildet haben, in sonnenähnlichen Sternen eingebettet gewesen sein könnten und seitdem in deren Kernen sitzen . , saugt nach und nach das Material an und verwandelt es in weitere Schwarze Löcher.

Das ist natürlich alles äußerst hypothetisch. Aber die Studie untersucht, welche Auswirkungen ein solcher Parasitismus auf diese Sterne haben würde und wie wir sie im Universum erkennen könnten, wenn wir sie finden würden.

„Wir haben herausgefunden, dass solche Objekte überraschend langlebig sein können, wobei die leichtesten Schwarzen Löcher keinen Einfluss auf die Sternentwicklung haben, während die massereichsten den Stern im Laufe der Zeit verschlingen und eine Reihe beobachtbarer Konsequenzen hervorrufen“, schreiben die Forscher in ihrem Artikel .

„Die einzigartigen inneren Strukturen von Sternen, die Schwarze Löcher beherbergen, könnten es der Asteroseismologie ermöglichen, sie zu entdecken, falls sie existieren.“

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Das Universum ist voller Schwarzer Löcher unterschiedlicher Größe. Wir sahen Schwarze Löcher mit Bändern stellarer Masse, die wahrscheinlich durch den Zusammenbruch des Kerns eines massereichen Sterns am Ende seines Lebens und seine Verschmelzungen entstanden sind. Im Herzen jeder Galaxie lauern supermassive Monster, die millionen- bis milliardenfach so groß sind wie die Masse der Sonne. Und es gibt Schwarze Löcher mittlerer Masse, die schwer zu fassen sind, aber in zunehmender Zahl auftauchen.

Was wir nicht finden, sind wirklich winzige Schwarze Löcher – solche mit einer Masse, die der von Planeten, Monden oder Asteroiden ähnelt. Diese Objekte haben nicht genug Masse und damit auch Schwerkraft, um zu etwas so Dichtem wie einem Schwarzen Loch zusammenzufallen.

Aber theoretisch könnten sich kleine Schwarze Löcher gebildet haben.

Nach der von Stephen Hawking in den 1970er Jahren entwickelten und seitdem von anderen Wissenschaftlern erweiterten Theorie könnten sich kleine Schwarze Löcher etwa in der ersten Sekunde nach dem Urknall gebildet haben, als die Materie im Universum noch heiß und dicht genug war, sodass Flecken entstehen von zusätzlicher Dichte hätte in unvermeidliche Raumzeitbrocken kollabieren können.

Wohin diese „ursprünglichen“ Schwarzen Löcher gingen – falls sie jemals existierten – ist ein Rätsel, aber sie wären eine klare Erklärung für die zusätzliche Schwerkraft im Universum, die wir der Dunklen Materie zuschreiben.

Einige Wissenschaftler glauben, dass sie im Inneren von Neutronensternen gelandet sein könnten, wo sie in den Kernen gesessen haben und wie ein seltsamer kosmischer Bandwurm einfach daran herumgefressen haben könnten.

Bellinger und seine Kollegen wollten die Möglichkeit eines endoparasitären Schwarzen Lochs untersuchen, und zwar nicht in einem toten Sternrest wie einem Neutronenstern, sondern in einem lebenden, verschmelzenden Hauptreihenstern wie der Sonne. Hawking selbst schlug vor, dass die Sonne ein Ursystem beherbergen könnte schwarzes Loch. Andere Wissenschaftler führten theoretische Analysen durch und kamen zu dem Schluss, dass ein urzeitliches Schwarzes Loch einen Stern von innen verschlingen würde.

Für ihre eigene Analyse berechneten Bellinger und sein Team, was mit einem Stern zwischen 0,8 und 100 Sonnenmassen passieren würde, der sich um ein ursprüngliches Schwarzes Loch mit der Masse eines Sterns bildet. Sie führten auch die ersten vollständigen numerischen Evolutionssimulationen sonnenähnlicher Sterne durch, in deren Kernen urzeitliche Schwarze Löcher verborgen waren.

Die Forscher fanden heraus, dass kleinere Schwarze Löcher Schwierigkeiten beim Wachstum hätten. Es würde Milliarden von Jahren dauern, bis das Schwarze Loch den Stern verschlingt.

Aber ein Schwarzes Loch mit der Masse eines Zwergplaneten wäre viel gefräßiger. Es würde beginnen, den Kern eines sonnenähnlichen Sterns zu verschlingen, wobei Material in einer Scheibe um ihn herumwirbelt, die enorme Mengen an Licht und Wärme erzeugen würde.

Innerhalb einer Milliarde Jahren würde die Fusion den Stern nicht mehr antreiben; Stattdessen würde dieser Stern von der Akkretionsscheibe angetrieben, die sich um das Schwarze Loch dreht. Das gesamte Licht des Sterns würde – vielleicht ironischerweise – vom Schwarzen Loch erzeugt. Die Forscher nannten diesen hypothetischen Sterntyp einen Hawking-Stern.

Ein normaler Roter Riesenstern namens R Sculptoris. (ESO/A. Fujii/Digital Sky Survey 2)

Ein Hawking-Stern würde sich mit einigen wichtigen Unterschieden ziemlich ähnlich verhalten wie ein normaler Stern. Seine äußeren Schichten würden sich in einen Roten Riesen verwandeln, so wie man es von der Sonne erwartet, wenn die Kernfusion gegen Ende ihres Lebens nachlässt. Aber die Temperatur wäre kälter, als wir es von einem solchen Stern erwarten würden. Interessanterweise haben wir in der Milchstraße bereits ungewöhnlich kühle Rote Riesensterne gefunden. Sie werden rote Nachzügler genannt.

Forscher sagen, wir könnten diese Sterne auf Anzeichen eines Schwarzlochmotors untersuchen. Es wird erwartet, dass die Akkretion des Schwarzen Lochs andere akustische Muster innerhalb des Sterns erzeugt als die Verschmelzung, die möglicherweise als kleine Helligkeitsänderungen auf der Sternoberfläche erkennbar sind. Wie die Helligkeitsänderungen aussehen werden, ist derzeit nicht bekannt; Die Forscher beabsichtigen, dieser Frage in einem zukünftigen Artikel nachzugehen.

„Dies stellt eine Chance dar, solche Objekte zu entdecken oder Grenzen für ihre Anzahl und Fangrate festzulegen“, schreiben die Forscher.

„Die Auswirkungen auf Sterne in fortgeschritteneren Entwicklungsstadien, numerische Ergebnisse für Sterne unterschiedlicher Masse und Metallizität sowie Untersuchungen zu Sternpopulationen werden in zukünftigen Arbeiten ebenfalls untersucht.“

Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal.

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