In durch die Kollision entstandenen „fossilen Galaxien“ wurden zwei supermassive Schwarze Löcher gefunden, die so massiv sind, dass sie sich einer Kollision und Verschmelzung widersetzen. Diese Entdeckung könnte erklären, warum Verschmelzungen supermassereicher Schwarzer Löcher zwar theoretisch vorhergesagt, aber nie beobachtet wurden.
Das supermassive Schwarze-Loch-System befindet sich in der elliptischen Galaxie B2 0402+379. Die beiden Schwarzen Löcher haben zusammen eine Masse von 28 eine Milliarde Es ist mehr als doppelt so groß wie die Sonne und damit das massereichste binäre Schwarze Loch, das jemals gesehen wurde. Darüber hinaus sind die binären Komponenten dieses Systems in einem Paar supermassereicher Schwarzer Löcher, die nur 24 Lichtjahre voneinander entfernt sind, am nächsten.
Dies ist das einzige binäre Schwarze Loch, das so detailliert aufgelöst wurde, dass man beide Objekte getrennt sehen kann. Obwohl die Nähe der beiden Objekte darauf hindeutet, dass sie kollidieren und verschmelzen müssen, scheint es seltsam, dass sie sich seit mehr als drei Milliarden Jahren im selben Orbitaltanz umeinander befunden haben.
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Das Team, das das Duo anhand der vom Gemini North-Teleskop auf Hawaii gesammelten Daten entdeckt hat, glaubt, dass supermassereiche Schwarze Löcher aufgrund ihrer enormen Masse an der Verschmelzung gehindert werden.
„Normalerweise scheinen Galaxien, die Paare leichter Schwarzer Löcher enthalten, genug Sterne und Masse zu haben, um die beiden schnell zusammenzuschieben“, sagte Roger Romani, Mitglied des Teams und Professor für Physik an der Stanford University. Stellungnahme. „Da dieses Paar so schwer ist, hätte es eine Menge Sterne und Gas benötigt, um die Aufgabe zu erfüllen. Aber das Duo hat die Zentralgalaxie von dieser Materie befreit und sie funktionsunfähig gemacht.“
Zwei Paare supermassiver Schwarzer Löcher sind noch nicht kompatibel
B2 0402+379 ist ein „fossiler Haufen“, der darstellt, was passiert, wenn eine ganze Reihe von Sternen und Gas zu einer massereichen Galaxie verschmelzen. Die schiere Masse der beiden supermassereichen Schwarzen Löcher in ihrem Kern legt nahe, dass sie durch eine Reihe von Verschmelzungen kleinerer Schwarzer Löcher entstanden sind, als mehrere Galaxien im Cluster aufeinandertrafen und miteinander verschmolzen.
Wissenschaftler glauben, dass sich im Herzen der meisten Galaxien, wenn nicht aller, ein massereiches Schwarzes Loch mit einer Masse befindet, die Millionen oder Milliarden Sonnen entspricht. Ein einzelner Stern kann nicht kollabieren und dabei so massereiche Schwarze Löcher erzeugen. Daher geht man davon aus, dass supermassereiche Schwarze Löcher durch Verschmelzungsketten zwischen immer größeren und massereicheren Schwarzen Löchern entstehen.
Wenn dieselben Galaxien kollidieren und verschmelzen, vermuten Wissenschaftler, dass sich die supermassereichen Schwarzen Löcher in ihren Kernen zusammenbewegen und ein binäres Paar bilden. Während sie einander umkreisen, senden diese Schwarzen Löcher Wellen in der Raumzeit aus, sogenannte Gravitationswellen, die den Drehimpuls vom Duo wegtragen und dazu führen, dass die Schwarzen Löcher enger zusammen kreisen.
Wenn die Schwarzen Löcher schließlich nahe genug beieinander sind, sollte ihre Schwerkraft die Oberhand gewinnen und die Schwarzen Löcher kollidieren und verschmelzen, genau wie die Schwarzen Löcher, die bei ihrer Entstehung kollidierten. Die Frage ist: Könnten einige supermassereiche Schwarze Löcher so massiv sein, dass die Kollision aufhören würde?
Um dieses schwere Schwarze-Loch-System besser zu verstehen, griff das Team auf Archivdaten zurück, die mit dem Gemini Multi-Object Spectrograph (GSO)-Instrument von Gemini North gesammelt wurden. Dadurch können sie die Geschwindigkeit von Sternen in der Nähe der beiden supermassiven Schwarzen Löcher und damit die Gesamtmasse dieser beiden Schwarzen Löcher bestimmen.
„Die hervorragende Empfindlichkeit von GMOS ermöglichte es uns, die zunehmenden Geschwindigkeiten von Sternen abzubilden, wenn wir in das galaktische Zentrum blicken“, fügte Roman hinzu. „Damit konnten wir auf die Gesamtmasse der Schwarzen Löcher da draußen schließen„.
Blockierte Fusion
Die Masse der beiden Schwarzen Löcher im System ist so groß, dass das Team davon ausgeht, dass eine außergewöhnlich große Anzahl von Sternen um sie herum erforderlich wäre, um die beiden supermassereichen Schwarzen Löcher näher zusammenzubringen. Während dies jedoch geschah, schleuderte die aus dem Duo austretende Energie Materie aus seiner Umgebung weg.
Dadurch blieb das Zentrum von B2 0402+379 frei von Sternen und Gas, nahe genug am Doppelstern, um ihm Energie zu entziehen. Infolgedessen wurde die Annäherung dieser beiden supermassiven Schwarzen Löcher angehalten, da sie sich dem Endstadium vor der Verschmelzung nähern.
Die Ergebnisse des Teams liefern wichtige Zusammenhänge zur Bildung supermassiver binärer Schwarzer Löcher nach Galaxienverschmelzungen, stützen aber auch die Idee, dass die Masse dieser Doppelsterne entscheidend dafür ist, zu verhindern, dass Schwarze Löcher diesem Beispiel folgen.
Das Team ist sich derzeit nicht sicher, ob die beiden supermassiven Schwarzen Löcher in diesem schwersten jemals entdeckten Doppelsternsystem diese Fusionspause irgendwann überwinden werden oder ob sie dauerhaft in der Schwebe der Fusion bleiben werden.
„Wir freuen uns auf Folgeuntersuchungen im Kern von B2 0402+379, bei denen wir untersuchen werden, wie viel Gas vorhanden ist“, sagte der Hauptautor der Forschung und Stanford-Student Tirath Surti. „Dies sollte uns mehr Erkenntnisse darüber geben, ob supermassereiche Schwarze Löcher irgendwann verschmelzen könnten oder ob sie als Doppelsterne stecken bleiben.“
Eine Möglichkeit, diesen gewaltigen Showdown zu stoppen, besteht darin, dass eine andere Galaxie mit B2 0402+379 verschmilzt, wodurch mehr Sterne, Gas und ein weiteres massereiches Schwarzes Loch in die Mischung gelangen und dieses empfindliche Gleichgewicht gestört wird. Die Tatsache, dass B2 0402+379 eine fossile Galaxie ist, die seit Milliarden von Jahren nicht gestört wurde, macht dieses Szenario jedoch wahrscheinlich.
Eine Sache, die diese Forschung bestätigt, ist, wie nützlich Archivdaten von Teleskopen wie Gemini North, das mit dem Gemini South-Teleskop auf einem Berg in den chilenischen Anden gekoppelt ist, um das Gemini International Observatory zu bilden, für Astronomen sind.
„Das Datenarchiv des Gemini International Observatory enthält eine Goldgrube unerschlossener wissenschaftlicher Entdeckungen“, sagte Martin Steele, Direktor des Programms der National Science Foundation für das Gemini International Observatory. „Die kollektiven Messungen dieses riesigen Doppelsternsystems aus Schwarzen Löchern sind ein beeindruckendes Beispiel für die potenziellen Auswirkungen neuer Forschungen zur Erforschung dieses reichhaltigen Archivs.“
Die Forschungsergebnisse des Teams werden in veröffentlicht Astrophysikalisches Journal.
