Wissenschaftler finden zwei schwarze Löcher, die in einer nahe gelegenen Galaxienverschmelzung zusammen speisen

Bei der Untersuchung eines nahe gelegenen Paares verschmelzender Galaxien mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – einem internationalen Observatorium, das vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) der US National Science Foundation kooperiert wird – entdeckten die Wissenschaftler zwei supermassive Schwarze Löcher, die gleichzeitig in der Nähe des Galaxienhaufens wachsen Zentrum der neu zusammenwachsenden Galaxie.

Diese superhungrigen Riesen sind die engsten beieinander, die Wissenschaftler jemals in mehreren Wellenlängen beobachtet haben. Darüber hinaus zeigen die neuen Forschungsergebnisse, dass binäre Schwarze Löcher und die Verschmelzungen von Galaxien, die sie hervorbringen, im Universum überraschend alltäglich sein könnten.

Die Ergebnisse der neuen Forschung wurden heute in veröffentlicht Die Briefe des astrophysikalischen Journalsund präsentiert in einer Pressekonferenz auf der 241. Tagung der American Astronomical Society (AAS) in Seattle, Washington.

Nur 500 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Krebs ist UGC4211 ein idealer Kandidat für die Untersuchung der Endstadien von Galaxienverschmelzungen, die im fernen Universum häufiger auftreten und daher schwer zu beobachten sind. Als Wissenschaftler die hochempfindlichen 1,3-mm-Empfänger von ALMA verwendeten, um tief in die aktiven galaktischen Kerne der Verschmelzung zu blicken – kompakte, stark leuchtende Bereiche in Galaxien, die durch die Ansammlung von Materie um zentrale Schwarze Löcher herum entstanden sind – fanden sie nicht nur ein, sondern zwei Schwarze Löcher, die sich unermüdlich verschlangen die Nebenprodukte der Fusion. Überraschenderweise aßen sie Seite an Seite mit nur 750 Lichtjahren Abstand zwischen ihnen.

„Simulationen legten nahe, dass der größte Teil der Population von Schwarzloch-Doppelsystemen in nahe gelegenen Galaxien inaktiv sein würde, weil sie häufiger vorkommen und nicht zwei wachsende Schwarze Löcher, wie wir sie gefunden haben“, sagte Michael Koss, leitender Forscher bei Eureka Scientific und Hauptautor von die neue Forschung.

Koss fügte hinzu, dass die Verwendung von ALMA ein Spielveränderer sei und dass das Auffinden von zwei so nahe beieinander liegenden Schwarzen Löchern im nahen Universum den Weg für zusätzliche Studien des aufregenden Phänomens ebnen könnte. „ALMA ist insofern einzigartig, als es durch große Gas- und Staubsäulen sehen und eine sehr hohe räumliche Auflösung erreichen kann, um Dinge sehr nahe beieinander zu sehen. Unsere Studie hat eines der engsten Paare von Schwarzen Löchern in einer Galaxienverschmelzung identifiziert, und weil wir es wissen dass Galaxienverschmelzungen im fernen Universum viel häufiger vorkommen, könnten auch diese Schwarzloch-Binärdateien viel häufiger sein als bisher angenommen.“

Wenn eng gepaarte schwarze Lochpaare tatsächlich alltäglich sind, wie Koss und das Team postulieren, könnte dies erhebliche Auswirkungen auf die zukünftige Erkennung von Gravitationswellen haben.

Ezequiel Treister, Astronom an der Universidad Católica de Chile und Mitautor der Forschung, sagte: „Es könnte viele Paare von wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien geben, die wir bisher nicht identifizieren konnten In diesem Fall werden wir in naher Zukunft häufige Gravitationswellenereignisse beobachten, die durch die Verschmelzung dieser Objekte im gesamten Universum verursacht werden.“

Die Kopplung von ALMA-Daten mit Multi-Wellenlängen-Beobachtungen von anderen leistungsstarken Teleskopen wie Chandra, Hubble, dem Very Large Telescope der ESO und Keck fügte einer bereits überzeugenden Geschichte feine Details hinzu. „Jede Wellenlänge erzählt einen anderen Teil der Geschichte. Während uns die bodengestützte optische Bildgebung die gesamte verschmelzende Galaxie zeigte, zeigte uns Hubble die Kernregionen mit hoher Auflösung. Röntgenbeobachtungen zeigten, dass es mindestens einen aktiven galaktischen Kern in der Galaxie gab System“, sagte Treister. „Und ALMA zeigte uns die genaue Position dieser beiden wachsenden, hungrigen supermassiven Schwarzen Löcher. All diese Daten zusammen haben uns ein klareres Bild davon gegeben, wie sich Galaxien wie unsere eigene als das erwiesen haben, was sie sind, und was sie werden in der Zukunft.“

Bisher haben Wissenschaftler meist nur die frühesten Stadien der Galaxienverschmelzung untersucht. Die neue Forschung könnte tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis der eigenen bevorstehenden Verschmelzung der Milchstraße mit der nahe gelegenen Andromeda-Galaxie haben. Koss sagte: „Die Kollision zwischen Milchstraße und Andromeda befindet sich in einem sehr frühen Stadium und wird voraussichtlich in etwa 4,5 Milliarden Jahren stattfinden. Was wir gerade untersucht haben, ist eine Quelle im allerletzten Stadium der Kollision, also das, was wir sehen sagt diese Verschmelzung voraus und gibt uns auch einen Einblick in die Verbindung zwischen der Verschmelzung und dem Wachstum von Schwarzen Löchern und der Erzeugung von Gravitationswellen.“

„Diese faszinierende Entdeckung zeigt die Leistungsfähigkeit von ALMA und wie Multi-Wellenlängen-Astronomie wichtige Ergebnisse liefern kann, die unser Verständnis des Universums erweitern, einschließlich schwarzer Löcher, aktiver galaktischer Kerne, Galaxienentwicklung und mehr“, sagt Joe Pesce, NSF-Programmdirektor für die Nationales Observatorium für Radioastronomie. „Mit dem Aufkommen von Gravitationswellendetektoren haben wir die Möglichkeit, unsere Beobachtungsfähigkeiten noch weiter zu erweitern, indem wir all diese Fähigkeiten kombinieren. Ich glaube nicht, dass dem, was wir lernen können, wirklich eine Grenze gesetzt ist.“