Warum kann es schwieriger sein, mittelschwere Schwarze Löcher zu erkennen als die anderen Typen?

Ich denke es kann viele Gründe geben. Schwarze Löcher in Stellargröße sind häufig . Sie sind wahrscheinlich die Endpunkte sehr massereicher Sterne ($>25 M_{\odot}$) und scheinen in Massen von gruppiert zu sein$5-15M_{\odot}$. Einige größere Beispiele könnten durch Fusionen entstehen. Sie sind oft leicht zu erkennen, weil sie in binären Systemen existieren; sie sammeln Masse an und emittieren Röntgenstrahlen, und ihr Einfluss auf den binären Begleiter kann beobachtet und auf die Masse des Schwarzen Lochs geschlossen werden. Eine interessante Nebenbemerkung hier ist, dass wir nichts über die Möglichkeit wussten$30-60M_{\odot}$Schwarze Löcher, bis sie durch Gravitationswellen entdeckt wurden und sonst unbemerkt geblieben wären. Verschmelzungen von Schwarzen Löchern bei diesen Massen fallen direkt in den „Sweet Spot“ der Empfindlichkeit aktueller GW-Detektoren – dh die Spitzenamplitude von GWs tritt bei Frequenzen von 30–300 Hz kurz vor der Verschmelzung auf.

Supermassereiche Schwarze Löcher$(>10^6M_{\odot})$befinden sich in den Zentren von Galaxien. Sie werden über die Akkretion von Gas nachgewiesen, was die Phänomene des „aktiven galaktischen Kerns“/der Quasare verursacht, und die Dynamik des Gases kann verwendet werden, um die Masse des Schwarzen Lochs abzuschätzen. Massivere Schwarze Löcher führen zu extremeren Objekten mit höheren AGN/Quasar-Luminositen und schnelleren Gasbewegungen, die leichter zu erkennen sind. Eine Detektion durch Gravitationswellen ist für diese Objekte noch nicht möglich, da die Frequenz der Wellen bei der Verschmelzung bei sehr niedrigen Frequenzen liegt, die mit erdgebundenen Detektoren nicht untersucht werden können.

Es gibt daher zwei eindeutige Selektionsverzerrungen – Schwarze Löcher in der Nähe von stellaren Größen sind leicht zu erkennen, weil sie häufig vorkommen, und ihre Anwesenheit kann bestimmt werden, wenn sie sich in Doppelsystemen befinden (die ebenfalls häufig sind). Entfernte Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind leichter zu erkennen, wenn sie massereich sind.

Schwarze Löcher mittlerer Masse fallen in die Lücke. Sie könnten früh im Universum entstanden sein (die Mechanismen sind noch nicht klar) und existieren wahrscheinlich in den Zentren relativ kleiner, unauffälliger Galaxien. Die meisten sind möglicherweise weiter gewachsen oder mit den supermassiveren Schwarzen Löchern verschmolzen, sodass sie in der gegenwärtigen Epoche des Universums in nahe gelegenen Galaxien möglicherweise nicht üblich sind. Zweitens, weil sie nicht sehr massiv sind, führt ihre Anwesenheit im Allgemeinen nicht zu hochenergetischen Phänomenen. Die Leuchtkraft jeder Aktivität vom AGN-Typ könnte sehr gering sein (wie es in unserer eigenen Galaxie der Fall ist, obwohl sie ein Schwarzes Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen beherbergt), sodass sie möglicherweise nicht ohne weiteres identifiziert werden können. Selbst wenn Kandidaten identifiziert werden, ist es schwierig, auf Massen zu schließen, da jede Strahlung aufgrund von Gasbewegungen entsprechend schwächer sein wird. Endlich,$\ll 1$Hz und sie sind derzeit nicht als Gravitationswellenquellen nachweisbar.

Kurz gesagt, Schwarze Löcher mittlerer Masse (kurz IMBHs) können nicht durch den Kollaps eines Sterns entstehen, wie Schwarze Löcher mit stellarer Masse entstehen, und sie können nicht unter den extremen Bedingungen entstehen, die supermassereiche Schwarze Löcher bilden. Die drei vorgeschlagenen Methoden zur Bildung von IMBHs sind:

• Die Verschmelzung von zwei oder mehr Schwarzen Löchern mit stellarer Masse.
• Kollision von außer Kontrolle geratenen Sternen, die dann zusammenbrechen.
• Ursprüngliche Schwarze Löcher vom Urknall.

Die letzte Formationsoption ist eine besonders interessante Möglichkeit und ein offenes Forschungsgebiet (ich denke, die Gruppe von Alan Guth forscht sehr viel darüber und wie sie mit der Inflation zusammenhängt). Dies sind alles ziemlich selten auftretende Ereignisse, und daher wird nicht vorhergesagt, dass IMBHs in so großer Zahl existieren wie andere Arten.

Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, daher sind Korrekturen/Kommentare willkommen.

Ich hoffe das hilft!

Die einfache Antwort ist, wie Sie in Ihrem Kommentar andeuten, dass Schwarze Löcher mit geringer Masse wahrscheinlich viel, viel häufiger vorkommen, was es an sich viel einfacher macht, eines zu finden, das zufällig akkretiert (und daher für uns sichtbar ist). . Eine sehr grobe Schätzung wäre, dass es mindestens zehn Millionen (möglicherweise bis zu einer Milliarde) massearme Schwarze Löcher in unserer Galaxie gibt.[*]

Ein zusätzlicher Faktor könnte sein, dass sich einige der massearmen Schwarzen Löcher als Teil von Doppelsternsystemen bilden werden, und in einigen Fällen wird der Sekundärstern nahe genug sein, damit ein Teil seiner Materie auf dem Schwarzen Loch akkretieren kann, wenn es (das sekundäre Stern) entwickelt sich und dehnt sich im Radius aus und schafft so die Voraussetzungen dafür, dass wir das Schwarze Loch entdecken können.

[*] Es gibt mehrere hundert Milliarden Sterne in unserer Galaxie. Wenn sich nur einer von tausend Sternen mit genug Masse bildet, um am Ende seines Lebens ein Schwarzes Loch zu produzieren, dann gäbe es mehrere hundert Millionen Schwarze Löcher. Unter Verwendung einer ausgefeilteren Analyse sagt dieses Papier mehrere zehn Millionen Schwarze Löcher mit Massen voraus$> 10$Sonnenmassen in einer milchstraßengroßen Galaxie.