Astronomen haben einen Ort gefunden, an dem drei supermassereiche Schwarze Löcher umeinander kreisen
Astronomen haben drei supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) im Zentrum von drei kollidierenden Galaxien eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt entdeckt. Das allein ist ungewöhnlich, aber die drei Schwarzen Löcher leuchten auch in Röntgenstrahlung. Dies ist ein Beweis dafür, dass alle drei auch aktive galaktische Kerne (AGN) sind, die Material verschlingen und hell aufflammen.
Diese Entdeckung könnte etwas Licht auf die „ letztes Parsec-Problem “, ein seit langem bestehendes Thema in der Astrophysik und bei der Verschmelzung von Schwarzen Löchern.
Astronomen fanden die drei SMBHs in Daten von mehreren Teleskopen, darunter dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS), dem Chandra X-ray Observatory und dem Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). unvorstellbar episches Ereignis; eine Verschmelzung von drei Galaxien. Diese Triplett-Verschmelzungen könnten eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie die massereichsten Schwarzen Löcher im Laufe der Zeit wachsen.
'Dies ist der bisher stärkste Beweis für ein solches Dreifachsystem, das supermassereiche Schwarze Löcher aktiv nährt.'
Ryan Pfeifle, George Mason University, Hauptautor.
Die Astronomen, die es fanden, hatten nicht erwartet, drei Schwarze Löcher im Zentrum einer Dreifach-Galaxie-Verschmelzung zu finden.
„Wir suchten damals nur nach Paaren von Schwarzen Löchern, und doch sind wir durch unsere Auswahltechnik auf dieses erstaunliche System gestoßen“, sagte Ryan Pfeifle von der George Mason University in Fairfax, Virginia, der Erstautor einer neuen Arbeit in Das Astrophysikalische Journal diese Ergebnisse beschreiben. 'Dies ist der bisher stärkste Beweis für ein solches Dreifachsystem, das supermassereiche Schwarze Löcher aktiv nährt.'
Systeme mit dreifachen Schwarzen Löchern sind schwer zu erkennen, weil in ihrer Nachbarschaft so viel los ist. Sie sind in Gas und Staub eingehüllt, was den Blick erschwert. In dieser Studie waren mehrere Teleskope erforderlich, die in verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums arbeiteten, um die drei Löcher aufzudecken. Es brauchte auch die Arbeit einiger Bürgerwissenschaftler.
Sie sind nicht nur schwer zu erkennen, sondern selten. „Dual- und Triple-Schwarze Löcher sind äußerst selten“, sagte Co-Autor Shobita Satyapal, ebenfalls von George Mason, „aber solche Systeme sind eigentlich eine natürliche Folge von Galaxienverschmelzungen, von denen wir glauben, dass Galaxien wachsen und sich entwickeln.“
Das Hauptbild ist ein Archivbild des Hubble-Weltraumteleskops. Die obere rechte Ecke ist ein Bild aus den Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums. Das untere linke Bild ist ein Sloan Digital Sky Survey-Bild mit niedrigerer Auflösung. Bildquelle: Hubble/Chandra/SDSS/Pfeifle et. al., 2019.
Das SDSS war das erste, das diese Dreifachverschmelzung im sichtbaren Licht entdeckte, aber es war nur durch Galaxy Zoo , einem Citizen-Science-Projekt, das als System kollidierender Galaxien identifiziert wurde. Dann sah WISE, dass das System im Infraroten leuchtete, was darauf hindeutete, dass es sich in einer Phase der Galaxienverschmelzung befand, in der erwartet wurde, dass mehr als eines der Schwarzen Löcher nährt.
Die Daten von Sloan und WISE waren jedoch nur verlockende Hinweise, und Astronomen wandten sich an das Chandra-Observatorium und das Large Binocular Telescope (LBT), um weitere Bestätigungen zu erhalten. Chandra-Beobachtungen zeigten, dass sich im Zentrum jeder Galaxie helle Röntgenquellen befanden. Genau dort erwarten Wissenschaftler SMBHs.
Weitere Beweise dafür, dass SMBHs dort waren, kamen von Chandra und der NASA Kernspektroskopie-Teleskop-Array (NuSTAR) Satellit. Sie fanden Hinweise auf große Mengen an Gas und Staub in der Nähe eines der Schwarzen Löcher. Das ist zu erwarten, wenn Schwarze Löcher verschmelzen. Andere optische Lichtdaten des SDSS und des LBT lieferten spektrale Beweise, die für die Fütterung der drei SMBHs charakteristisch sind.
Künstlerische Illustration des Chandra-Röntgenobservatoriums. Chandra ist das empfindlichste Röntgenteleskop, das je gebaut wurde, und spielte eine große Rolle bei dieser Entdeckung. Bildnachweis: NASA/CXC/NGST
„Optische Spektren enthalten eine Fülle von Informationen über eine Galaxie“, sagte Co-Autorin Christina Manzano-King von der University of California in Riverside. „Sie werden häufig verwendet, um aktiv akkreierende supermassive Schwarze Löcher zu identifizieren und können den Einfluss widerspiegeln, den sie auf die Galaxien haben, die sie bewohnen.“
Mit dieser Arbeit hat das Astronomenteam einen Weg entwickelt, um mehr dieser dreifachen Schwarzen-Loch-Systeme zu finden. „Durch den Einsatz dieser großen Observatorien haben wir einen neuen Weg gefunden, um dreifach supermassereiche Schwarze Löcher zu identifizieren. Jedes Teleskop gibt uns einen anderen Hinweis darauf, was in diesen Systemen vor sich geht“, sagt Pfeifle. „Wir hoffen, unsere Arbeit erweitern zu können, um mit derselben Technik mehr Tripel zu finden.“
Sie haben möglicherweise auch etwas Licht in das letzte Parsec-Problem gebracht.
Das letzte Parsec-Problem
Das letzte Parsec-Problem ist von zentraler Bedeutung für unser Verständnis der Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern. Es ist ein theoretisches Problem, das besagt, dass, wenn sich zwei Schwarze Löcher einander nähern, ihre übermäßige Orbitalenergie sie daran hindert, sich zu verschmelzen. Sie können innerhalb weniger Lichtjahre erreicht werden, dann kommt der Fusionsprozess ins Stocken.
Wenn sich zwei Schwarze Löcher zunächst einander nähern, werden sie durch ihre hyperbolischen Flugbahnen direkt aneinander vorbeigeführt. Wenn die beiden Löcher mit der Zeit mit Sternen in ihrer Nähe interagieren, schleudern sie die Sterne gravitativ und übertragen jedes Mal einen Teil ihrer Bahnenergie auf einen Stern. Die Emission von Gravitationswellen verringert auch die Energie der Schwarzen Löcher.
Schließlich geben die beiden Schwarzen Löcher genug Orbitalenergie ab, um sich zu verlangsamen und einander näher zu kommen, und kommen nur noch auf wenige Parsec aneinander. Das Problem ist, dass beim Schließen der Entfernung immer mehr Materie durch Schleudern aus ihrer Nähe herausgeschleudert wird. Das bedeutet, dass die Schwarzen Löcher keine Materie mehr haben, mit der sie interagieren und mehr Orbitalenergie abgeben können. An diesem Punkt wird der Zusammenführungsprozess ins Stocken geraten. Oder sollte es.
Astrophysiker wissen jedoch, dass Schwarze Löcher verschmelzen, weil sie die starken Gravitationswellen gesehen haben. Eigentlich, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) entdeckt eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern um wöchentlich . Wie sie am Ende miteinander verschmelzen, wird als letztes Parsec-Problem bezeichnet.
Das Team hinter dieser Studie glaubt, dass es eine Antwort haben könnte. Sie glauben, dass ein drittes Schwarzes Loch, wie sie es in diesem System beobachtet haben, den nötigen Schub liefern könnte, um zwei Löcher zur Verschmelzung zu bringen. Wenn sich zwei Schwarze Löcher in einem trinären System einander nähern, könnte das dritte Loch sie dazu bringen, das letzte Parsec zu schließen und zu verschmelzen.
Computersimulationen zufolge werden etwa 16% der Paare supermassereicher Schwarzer Löcher in kollidierenden Galaxien mit einem dritten supermassereichen Schwarzen Loch interagiert haben, bevor sie verschmelzen. Diese Verschmelzungen würden Gravitationswellen erzeugen, aber das Problem ist, dass diese Wellen für LIGO oder die JUNGFRAU Observatorium zu erkennen.
Das Spektrum der Gravitationswellen und die Instrumente, die sie beobachten. LISA ist ein Weltrauminterferometer und kann Dinge erkennen, die LIGO nicht kann. Bildquelle: ESA/NASA/LISA
Um diese zu erkennen, müssen sich Wissenschaftler möglicherweise auf zukünftige Observatorien wie LISA, ESA/NASA . verlassen Laser-Interferometer-Weltraumantenne . LISA wird Gravitationswellen mit niedrigerer Frequenz beobachten als LIGO oder VIRGO und ist besser gerüstet, um die Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher zu finden.
Das Papier, das diese Ergebnisse präsentiert, trägt den Titel „ Ein dreifaches AGN in einer ausgewählten Galaxienfusion im mittleren Infrarotbereich . '
Mehr:
- Pressemitteilung: Gefunden: Drei Schwarze Löcher auf Kollisionskurs
- Forschungsbericht: Ein dreifaches AGN in einer ausgewählten Galaxienfusion im mittleren Infrarotbereich
- Wikipedia: Finales Parsec-Problem
- HINZUFÜGEN: Laser-Interferometer-Weltraumantenne