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Zwei supermassereiche Schwarze Löcher wurden gesichtet, die sich an kosmischem Material ergötzten, als zwei Galaxien im fernen Weltraum verschmelzen – und sie kommen kollidierenden Schwarzen Löchern am nächsten, die Astronomen jemals beobachtet haben.
Astronomen entdeckten das Paar, als sie mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array of Telescopes (ALMA) in der Atacama-Wüste im Norden Chiles zwei verschmelzende Galaxien etwa 500 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt beobachteten.
Die beiden Schwarzen Löcher wuchsen gemeinsam in der Nähe des Zentrums der verschmelzenden Galaxie, die aus der Verschmelzung resultierte. Sie trafen sich, als ihre Wirtsgalaxien, bekannt als UGC 4211, kollidierten.
Einer hat die 200-Millionen-fache Masse unserer Sonne, während der andere die 125-Millionen-fache Masse unserer Sonne hat.
Obwohl die Schwarzen Löcher selbst nicht direkt sichtbar sind, waren beide von hellen Sternhaufen und warmem, glühendem Gas umgeben – all dies wird durch die Anziehungskraft der Löcher gezogen.
Im Laufe der Zeit werden sie beginnen, sich gegenseitig im Orbit zu umkreisen, schließlich zusammenstoßen und ein schwarzes Loch erzeugen.
Nachdem sie über mehrere Lichtwellenlängen hinweg beobachtet wurden, befinden sich die Schwarzen Löcher so nah beieinander, wie Wissenschaftler sie je gesehen haben – nur etwa 750 Lichtjahre voneinander entfernt, was aus astronomischer Sicht relativ nahe ist.
Die Ergebnisse wurden beim 241. Treffen der American Astronomical Society, das diese Woche in Seattle stattfindet, vorgestellt und am Montag in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Die Entfernung zwischen den Schwarzen Löchern „liegt ziemlich nahe an der Grenze dessen, was wir erkennen können, weshalb dies so aufregend ist“, sagte die Co-Autorin der Studie, Chiara Mingarelli, eine assoziierte Forschungswissenschaftlerin am Center for Computational Astrophysics des Flatiron Institute in New York City , in einer Stellungnahme.
Galaktische Verschmelzungen sind im fernen Universum häufiger, was es schwieriger macht, sie mit erdgestützten Teleskopen zu sehen. Aber die Empfindlichkeit von ALMA war in der Lage, sogar ihre aktiven galaktischen Kerne zu beobachten – die hellen, kompakten Regionen in Galaxien, in denen Materie um Schwarze Löcher wirbelt. Astronomen waren überrascht, statt eines einzelnen Schwarzen Lochs ein binäres Paar Schwarzer Löcher zu finden, das sich von dem Gas und Staub ernährt, der durch die galaktische Verschmelzung aufgewirbelt wurde.
„Unsere Studie hat eines der engsten Paare von Schwarzen Löchern in einer Galaxienverschmelzung identifiziert, und da wir wissen, dass Galaxienverschmelzungen im fernen Universum viel häufiger vorkommen, könnten auch diese Schwarzloch-Binärdateien viel häufiger sein als bisher angenommen“, sagte Der Hauptautor der Studie, Michael Koss, ein leitender Forschungswissenschaftler am Forschungsinstitut Eureka Scientific in Oakland, Kalifornien, in einer Erklärung.
„Was wir gerade untersucht haben, ist eine Quelle im allerletzten Stadium der Kollision, was wir also sehen, deutet auf diese Verschmelzung hin und gibt uns auch Einblick in die Verbindung zwischen der Verschmelzung und dem Wachstum von Schwarzen Löchern und der Erzeugung von Gravitationswellen“, sagte Koss .
Wenn Paare von Schwarzen Löchern – sowie verschmelzende Galaxien, die zu ihrer Entstehung führten – im Universum häufiger vorkommen als bisher angenommen, könnten sie Auswirkungen auf die zukünftige Gravitationswellenforschung haben. Gravitationswellen oder Wellen in der Raumzeit entstehen, wenn Schwarze Löcher kollidieren.
Es wird noch einige hundert Millionen Jahre dauern, bis dieses spezielle Paar Schwarzer Löcher kollidiert, aber die Erkenntnisse aus dieser Beobachtung könnten Wissenschaftlern helfen, besser abzuschätzen, wie viele Paare Schwarzer Löcher im Universum kurz vor einer Kollision stehen.
„Es könnte viele Paare von wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien geben, die wir bisher nicht identifizieren konnten“, sagte Studienkoautor Ezequiel Treister, Astronom an der Universidad Católica de Chile in Santiago, Chile, in a Aussage. „Wenn dies der Fall ist, werden wir in naher Zukunft häufige Gravitationswellenereignisse beobachten, die durch die Verschmelzung dieser Objekte im gesamten Universum verursacht werden.“
Weltraumgestützte Teleskope wie Hubble und das Chandra-Röntgenobservatorium sowie bodengestützte Teleskope wie das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte, ebenfalls in der Atacama-Wüste, und das WM Keck-Teleskop auf Hawaii haben UGC 4211 ebenfalls über verschiedene Lichtwellenlängen hinweg beobachtet um einen genaueren Überblick zu geben und zwischen den beiden Schwarzen Löchern zu unterscheiden.
„Jede Wellenlänge erzählt einen anderen Teil der Geschichte“, sagte Treister. „Alle 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 in Zukunft werden.“
Ein besseres Verständnis der Endstadien von Galaxienverschmelzungen könnte einen besseren Einblick darüber geben, was passieren wird, wenn unsere Milchstraße in etwa 4,5 Milliarden Jahren mit der Andromeda-Galaxie kollidiert.