Eine künstlerische Darstellung des binären supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen von PKS 2131. (Caltech/R. Hurt/IPAC) Im Herzen einer Galaxie im fernen Universum findet ein Totentanz statt.
Etwa 10 Milliarden Lichtjahre entfernt, zwei supermassereiche Schwarze Löcher sind in einer so engen Umlaufbahn gefangen, dass sie miteinander kollidieren und ein viel größeres Ganzes bilden schwarzes Loch in der relativ kurzen Zeit von nur 10.000 Jahren.
Das entspricht einer Umlaufentfernung von nur 0,03 Lichtjahren, etwa dem 50-fachen der durchschnittlichen Entfernung zwischen Sonne und Pluto. Dabei bewegen sie sich so schnell, dass die beiden Objekte im Vergleich zu Plutos 248 Jahren nur zwei Erdenjahre benötigen, um eine binäre Umlaufbahn zu vollenden.
Es gibt mehrere Gründe, warum supermassive Doppelsterne von Schwarzen Löchern für Astronomen von Interesse sind.
Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich in den Zentren der meisten Galaxien, den Kernen, um die sich alles andere dreht. Wenn zwei Galaxien zusammen gefunden werden, bedeutet dies, dass zwei Galaxien zusammengekommen sind.
Wir wissen, dass dieser Prozess stattfindet, daher kann uns die Suche nach einem supermassereichen Doppelsternsystem eines Schwarzen Lochs Aufschluss darüber geben, wie es im Endstadium aussieht.
Supermassive Doppelsterne von Schwarzen Löchern können uns auch etwas darüber verraten, wie diese kolossalen Objekte – Millionen- bis Milliardenfache der Masse der Sonne – so unglaublich massiv werden können.
Die Verschmelzung binärer Schwarzer Löcher ist eine Möglichkeit, wie dieses Wachstum stattfinden kann. Die Entdeckung binärer supermassiver Schwarzer Löcher wird uns helfen zu verstehen, ob es sich dabei um einen gemeinsamen Weg für dieses Wachstum handelt, und das könnte zu einer genaueren Modellierung führen.
Bei dem Objekt handelt es sich um einen Quasar mit der Bezeichnung PKS 2131-021. Dies sind Galaxien, in denen der galaktische Kern aktiv ist; Das heißt, das supermassive Schwarze Loch akkretiert Materie mit rasanter Geschwindigkeit und brennt vor Hitze, die durch Reibung und Schwerkraft in der um den Kern herumwirbelnden Materie erzeugt wird.
Einige Quasare stoßen fast mit Lichtgeschwindigkeit Plasmastrahlen aus den Polregionen des Schwarzen Lochs aus, die durch magnetische Feldlinien um die Außenseite des Objekts herum geleitet und beschleunigt werden. PKS 2131 ist ein Quasar, der einen Jet direkt in Richtung Erde ausstößt und ihn zu dem macht, was wir einen Blazar nennen.
Ein Team von Astronomen, die Helligkeitsschwankungen in Quasaren untersuchten, bemerkte etwas Merkwürdiges am Blazarstrahl PKS 2131 in Radiofrequenzen und fand die gleiche Signatur in Daten aus dem Jahr 2008. Er schien auf regelmäßigen Zeitskalen zu oszillieren, seine Helligkeit schwankte mit einer nahezu perfekten Sinuswelle Muster, das noch nie zuvor bei einem Quasar beobachtet wurde.
„PKS 2131 variierte nicht nur periodisch, sondern sinusförmig.“ Astronom Tony Readhead von Caltech sagte. „Das bedeutet, dass es ein Muster gibt, das wir im Laufe der Zeit kontinuierlich verfolgen können.“
Die Spur schien zu enden, als nur noch zwei weitere Gipfel in Archivdaten gefunden wurden, einer im Jahr 2005 und einer im Jahr 1981. Doch dann, im Jahr 2021, weckte das Projekt das Interesse der Astronomin Sandra O'Neill vom Caltech. Sie und ein Forscherteam untersuchten erneut Datenarchive, um herauszufinden, wie weit sie dieses seltsame Muster in der Zeit zurückverfolgen konnten.
Sie sind auf Paydirt gestoßen. In Daten des Haystack-Observatoriums, die zwischen 1975 und 1983 erstellt wurden, traten weitere Muster zutage, die mit dem Zeitpunkt der übrigen Beobachtungen übereinstimmten.
„Als uns klar wurde, dass die in jüngster Zeit festgestellten Spitzen und Tiefen der Lichtkurve mit den zwischen 1975 und 1983 beobachteten Spitzen und Tiefen übereinstimmten, wussten wir, dass etwas ganz Besonderes vor sich ging.“ sagte O'Neill .
Der Analyse des Teams zufolge wird das regelmäßige „Ticken“ des Signals durch die Umlaufbewegung der beiden Schwarzen Löcher erzeugt. Während sie sich auf zweijährigen Zeitskalen umkreisen, wird das Radiolicht aufgrund der Orbitalbewegung des Jets schwächer und heller, was zu einer Doppler-Verschiebung führt, die das Licht verstärkt, wenn sich das Schwarze Loch auf uns zubewegt.
Die Archivdaten zeigen, dass diese Sinuswelle seit 1976 acht Jahre lang konstant beobachtet werden kann, danach verschwand sie für 20 Jahre. Dies war wahrscheinlich auf eine Änderung oder Unterbrechung der Materialzufuhr zum supermassereichen Schwarzen Loch zurückzuführen. Nach 20 Jahren tauchte das Muster wieder auf und hält seither, etwa 17 Jahre, an, sagten die Forscher.
Ein anderes ähnliches System, ABl. 287, legt nahe, dass die Auslegung gültig ist. Dieser Blazar hat zwei nahe beieinander liegende supermassereiche Schwarze Löcher umkreisen sich alle 12 Jahre , im Abstand von einem Drittel Lichtjahr. Es zeigt auch Schwankungen der Radiohelligkeit, allerdings unregelmäßiger und ohne die Sinuswellenform.
Obwohl wir die letztendliche Verschmelzung der supermassiven Schwarzen Löcher in PKS 2131 nicht erleben werden, könnten sie uns zeigen, wie wir nach ähnlichen Systemen suchen können. Dies könnte uns wiederum dem Verständnis näherbringen, wie diese kolossalen Kollisionen stattfinden.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .