Astronomen haben zwei gespenstische Goliaths auf dem Weg zu einem katastrophalen Treffen gesichtet. Das neu entdeckte Paar supermassiver Schwarzer Löcher ist einer Kollision am nächsten, die jemals beobachtet wurde, gaben die Astronomen am 9. Januar auf einem Treffen der American Astronomical Society in Seattle bekannt in einer Veröffentlichung in Die Briefe des astrophysikalischen Journals.
Obwohl die supermassereichen Schwarzen Löcher in kosmologischer Hinsicht mit einem Abstand von nur 750 Lichtjahren nahe beieinander liegen, werden sie erst in einigen hundert Millionen Jahren verschmelzen. In der Zwischenzeit liefert die Entdeckung der Astronomen eine bessere Schätzung darüber, wie viele supermassereiche Schwarze Löcher im Universum ebenfalls kurz vor der Kollision stehen.
Diese verbesserte Kopfzahl wird Wissenschaftlern dabei helfen, dem universumweiten Chor intensiver Wellen in der Raumzeit zu lauschen, die als Gravitationswellen bekannt sind, von denen die größten Produkte von supermassereichen Schwarzen Löchern sind, die kurz vor der Kollision nach Galaxienverschmelzungen stehen. Die Erkennung dieses Gravitationswellenhintergrunds wird die Schätzungen darüber verbessern, wie viele Galaxien in der Geschichte des Universums kollidiert und verschmolzen sind.
Die kurze Entfernung zwischen den neu entdeckten Schwarzen Löchern „liegt ziemlich nahe an der Grenze dessen, was wir erkennen können, weshalb dies so aufregend ist“, sagt die Co-Autorin der Studie, Chiara Mingarelli, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Center for Computational des Flatiron Institute Astrophysik in New York City.
Die Konzeption dieses Künstlers zeigt eine Galaxienverschmelzung im Spätstadium und ihre zwei neu entdeckten zentralen Schwarzen Löcher. Die binären Schwarzen Löcher sind die engsten beieinander, die jemals bei mehreren Wellenlängen beobachtet wurden. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al. (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Aufgrund des geringen Abstands zwischen den Schwarzen Löchern konnten die Astronomen nur zwischen den beiden Objekten unterscheiden, indem sie viele Beobachtungen von sieben Teleskopen, einschließlich des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, kombinierten. (Obwohl supermassereiche Schwarze Löcher nicht direkt durch ein optisches Teleskop sichtbar sind, sind sie von hellen Bündeln leuchtender Sterne und warmem Gas umgeben, das durch ihre Anziehungskraft angezogen wird.)
Die Astronomen fanden das Paar schnell, als sie mit der Suche begannen, was bedeutet, dass nahe beieinander liegende supermassereiche Schwarze Löcher „wahrscheinlich häufiger sind als wir denken, da wir diese beiden gefunden haben und wir nicht sehr weit suchen mussten, um sie zu finden“. sagt Mingarelli.
Die neu identifizierten supermassiven Schwarzen Löcher bewohnen eine Mischung aus zwei Galaxien, die etwa 480 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt kollidierten. Riesige Schwarze Löcher leben im Herzen der meisten Galaxien und werden größer, indem sie umgebendes Gas, Staub, Sterne und sogar andere Schwarze Löcher verschlingen. Die beiden in dieser Studie identifizierten supermassiven Schwarzen Löcher sind wahre Schwergewichte: Sie messen 200 Millionen und 125 Millionen Mal die Masse unserer Sonne.
Die Schwarzen Löcher trafen aufeinander, als ihre Wirtsgalaxien aufeinanderprallten. Schließlich werden sie beginnen, sich gegenseitig zu umkreisen, wobei sich die Umlaufbahn verengt, wenn Gas und Sterne zwischen den beiden Schwarzen Löchern hindurchfliegen und Umlaufbahnenergie stehlen. Letztendlich werden die Schwarzen Löcher anfangen, Gravitationswellen zu produzieren, die weitaus stärker sind als alle bisher entdeckten, bevor sie zusammenstoßen und ein riesiges Schwarzes Loch bilden.
Frühere Beobachtungen der verschmelzenden Galaxien sahen nur ein einziges supermassereiches Schwarzes Loch: Da die beiden Objekte so nahe beieinander liegen, konnten Wissenschaftler sie mit einem einzigen Teleskop nicht eindeutig voneinander unterscheiden. Die neue Untersuchung unter der Leitung von Michael J. Koss von Eureka Scientific in Oakland, Kalifornien, kombinierte 12 Beobachtungen, die an sieben Teleskopen auf der Erde und im Orbit gemacht wurden. Obwohl keine einzelne Beobachtung ausreichte, um ihre Existenz zu bestätigen, zeigten die kombinierten Daten schlüssig zwei unterschiedliche Schwarze Löcher.
„Es ist wichtig, dass man bei all diesen unterschiedlichen Bildern dieselbe Geschichte erhält – dass es zwei Schwarze Löcher gibt“, sagt Mingarelli, wenn er diese neue Multi-Beobachtungs-Forschung mit früheren Bemühungen vergleicht. „Hier sind andere Studien [of close-proximity supermassive black holes] sind in der Vergangenheit heruntergefallen. Als die Leute ihnen nachgingen, stellte sich heraus, dass es nur ein schwarzes Loch gab. [This time we] habe viele Beobachtungen, alle stimmen überein.“
Sie und der Gastwissenschaftler des Flatiron Institute, Andrew Casey-Clyde, nutzten die neuen Beobachtungen, um die Population von verschmelzenden supermassereichen Schwarzen Löchern im Universum abzuschätzen, und stellten fest, dass sie „überraschend hoch sein könnte“, sagt Mingarelli. Sie sagen voraus, dass es eine Fülle supermassereicher Schwarzer-Loch-Paare gibt, die eine große Menge ultrastarker Gravitationswellen erzeugen. All dieser Lärm sollte zu einem lauten Gravitationswellenhintergrund führen, der viel einfacher zu erkennen ist, als wenn die Population kleiner wäre. Die erste Entdeckung des Hintergrundgeplappers von Gravitationswellen könnte daher „sehr bald“ erfolgen, sagt Mingarelli.
Mehr Informationen:
Michael J. Koss et al, UGC 4211: A Confirmed Dual Active Galactic Nucleus in the Local Universe at 230 pc Nuclear Separation, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/aca8f0
Zur Verfügung gestellt von der Simons Foundation