German Title: Die Jagd nach ruhenden Schwarzen Löchern in der Milchstraße

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Abstract

Stellar population models predict 107 stellar mass black holes (BHs) in the Milky Way, with an unknown fraction in mostly dormant binary systems. To date, less than a handful of dor- mant BH binaries have been identified, and post-interaction star-star systems masquerading as BH systems — so-called impostors — have greatly complicated this identification. In this thesis, we develop a set of tools to identify and characterise these impostors using spectroscopy. We demonstrate the power of spectral disentangling using both simulated and real data. Applying the tools to multi-epoch spectra of a sample of impostor systems, we confirm their post-interaction nature and place constraints on their stellar parameters. Critically, we now ascertain their rotation rates and can make improved inferences on their mass transfer history. We also develop single-epoch high-resolution spectra as a diagnostic tool for Galactic binaries identified by Gaia , showing the capabilities of such data to determine fundamental properties, in particular the flux ratio, of these systems. We have been able to add flux ratio measurements or constraints to 80,000 spectra of Gaia binaries, which are crucial for the interpretation of the Gaia data. These toolsets will prove invaluable when analysing upcoming data releases, allowing us to constrain important processes in (binary) stellar evolution and BH formation.

Translation of abstract (German)

Sternpopulations-Modelle sagen etwa 107 stellare Schwarze Lo ̈cher (SL) in der Milchstraße vorher, wobei ein unbekannter Anteil in u ̈berwiegend ruhenden Doppelsternsystemen ex- istiert. Bis heute wurde weniger als eine Handvoll solcher ruhenden SL-Doppelsterne iden- tifiziert, und post-interaktive Stern-Stern-Systeme, die sich als SL-Systeme ausgeben – so- genannte Imitatoren – erschweren diese Identifikation erheblich. In dieser Arbeit entwickeln wir eine Reihe von Werkzeugen, um diese Imitatoren mit- tels Spektroskopie zu identifizieren und zu charakterisieren. Wir demonstrieren die Leis- tungsfa ̈higkeit des “Spectral Disentangling” anhand sowohl simulierter als auch realer Daten. Durch Anwendung dieser Werkzeuge auf Multi-Epochen-Spektren einer Stichprobe von Imitator-Systemen besta ̈tigen wir deren post-interaktiven Charakter und schra ̈nken ihre stel- laren Parameter ein. Insbesondere ko ̈nnen wir nun ihre Rotationsraten bestimmen und verbesserte Ru ̈ckschlu ̈sse auf ihre Massetransfer-Historie ziehen. Daru ̈ber hinaus entwickeln wir Einzel-Epochen-Hochauflo ̈sungsspektren als diagnostis- ches Werkzeug fu ̈r galaktische Doppelsterne, die von Gaia identifiziert wurden, und zeigen, welche fundamentalen Eigenschaften – insbesondere das Flussverha ̈ltnis – sich aus solchen Daten ableiten lassen. Wir konnten Flussverha ̈ltnisse oder entsprechende Einschra ̈nkungen fu ̈r 80,000 Spektren von Gaia -Doppelsternen hinzufu ̈gen, was fu ̈r die Interpretation der Gaia -Daten von zentraler Bedeutung ist. Diese Methoden werden bei der Analyse bevorstehender Datenvero ̈ffentlichungen von unscha ̈tzbarem Wert sein, da sie es ermo ̈glichen, zentrale Prozesse der (bina ̈ren) Sternen- twicklung und der Entstehung stellarmassiver SL besser einzugrenzen.