Illustration des binären Schwarzen Lochs. (NASA/JPL-Caltech) In den Tiefen des Weltraums, 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt, zwei Supermassereiche Schwarze Löcher sind in einem der extremsten Orbitaltänze im Universum gefangen. Ihre aufrührerische, etwas unregelmäßig aufflammende Todesspirale ist seit Jahrzehnten dokumentiert.
Mit neuen Beobachtungen haben Astronomen nun die Art und Weise charakterisiert, wie sie im Zentrum einer Galaxie namens OJ 287 umeinander wirbeln. Diese Charakterisierung hat wiederum dazu beigetragen, unser Verständnis darüber zu verfeinern, ob Schwarze Löcher „haarig“ sind oder nicht, ein Rätsel, das gestellt wird gibt Kosmologen seit Jahrzehnten Rätsel auf.
OJ 287 ist keine gewöhnliche Galaxie. Es ist ein Blazar mit einem sehr variablen aktiven galaktischen Kern und einem relativistischen Jet, der auf die Erde strahlt. Seit über einem Jahrhundert ist dokumentiert, dass er in halbregelmäßigen Abständen blendende Strahlungsausbrüche ausspuckt.
Im Kern ist OJ 287 sogar noch intensiver als die meisten galaktischen Kerne. Es hat keinen, aber zwei supermassereiche Schwarze Löcher , und sie sind Würger.
Der kleinere der beiden würde einen sehr respektablen galaktischen Kern mit der 150-Millionen-fachen Sonnenmasse antreiben. Unsere eigene Milchstraße ist supermassiv schwarzes Loch beträgt 4 Millionen Sonnenmassen.
Das größere der beiden ist eines der massereichsten Schwarzen Löcher, die wir je gesehen haben. Mit 18 Milliarden Sonnenmassen bringt sie den Ausschlag für die kosmische Skala.
( NASA/JPL-Caltech/R. Verletzt/IPAC )
Dieses größere Schwarze Loch ist von einer riesigen Akkretionsscheibe aus Staub und Gas umgeben, die wie Wasser um einen Abfluss wirbelt und ständig in das Objekt fällt. Dies erzeugt zwar Strahlung, ist aber nicht allein für die riesigen Flares verantwortlich.
Wie Sie sehen, befinden sich die beiden Schwarzen Löcher auf einer 12-Jahres-Umlaufbahn, aber das kleinere der beiden ist nicht auf die Ebene der Akkretionsscheibe ausgerichtet. Es befindet sich auf einem stark geneigten, stark elliptischen, präzedieren Orbit. Das bedeutet, dass das kleinere Schwarze Loch zweimal pro Umlauf (12 Jahre) die Akkretionsscheibe durchbricht und einen gigantischen Leuchtstrahl auslöst.
Da seine Umlaufbahn so unregelmäßig ist, ist der Zeitpunkt dieser Ausbrüche bei jeder Umlaufbahn etwas anders – die beiden Ausbrüche könnten im Abstand von einem Jahrzehnt oder einem Jahr auftreten.
Da jedoch seit dem späten 19. Jahrhundert Beobachtungsdaten gesammelt werden, konnten Astronomen diese Umlaufbahn modellieren und die beiden jüngsten Ausbrüche genau vorhersagen. Einer davon ereignete sich im Dezember 2015 und wurde innerhalb von drei Wochen vorhergesagt.
Doch dann, im Februar 2016, geschah etwas Erstaunliches. Eine globale wissenschaftliche Zusammenarbeit gab dies bekannt Gravitationswellen entdeckt aus einer Kollision zweier Schwarzer Löcher. Dies bestätigte eine Vorhersage von Einsteins Theorie generelle Relativität ein Jahrhundert zuvor, dass die Bewegungen massiver Objekte Energie in Form von Wellen verlieren, die sich ins Universum ausbreiten.
Für die meisten Objekte sind diese Wellen unbedeutend. Aber umkreisende supermassereiche Schwarze Löcher sollten so starke Wellen erzeugen, dass wir den Einfluss dieser Wellen in ihren Umlaufbahnen und den Zeitpunkt der Ausbrüche erkennen können.
Beobachten und studieren Gravitationswellen ermöglichte es Wissenschaftlern, ihr Ausmaß und ihre Auswirkungen zu charakterisieren; im Jahr 2018 Dieser Aspekt wurde in das Modell für ABl. 287 aufgenommen.
Der zweite Ausbruch, der nach dem englischen Astronomen Sir Arthur Eddington den Spitznamen „Eddington-Flare“ trägt, ereignete sich am 31. Juli 2019. Und er wurde auf den Tag genau vorhergesagt.
In die Berechnungen flossen auch Faktoren ein, die helfen könnten zu testen, ob Schwarze Löcher als „haarig“ bezeichnet werden können. Das erstmals in den 1960er Jahren vorgeschlagene „No-Hair-Theorem“ geht davon aus, dass Schwarze Löcher nur durch Masse, elektrische Ladung und Spin charakterisiert werden können. Dies würde sie perfekt symmetrisch machen, ohne dass irgendwelche anderen Eigenschaften oder „Haare“ aus ihrer Oberfläche hervorstechen würden.
Schwarze Löcher sind ziemlich schwer zu untersuchen, daher bleibt die Frage offen, ob sie noch andere Eigenschaften haben oder nicht. Aber eine Möglichkeit, Haare zu testen, besteht darin, Schwarze Löcher mit und ohne Haare zu modellieren und zu sehen, welches Modell zu den Beobachtungsdaten passt.
Im Fall von OJ 287 verfeinerte das No-Hair-Modell den Vorhersagezeitraum weiter auf nur noch vier Stunden. Dies deutet darauf hin, dass Haare, falls vorhanden, derzeit nicht von uns erkannt werden können.
„Beobachtungsbeweise für die Ankunft des Flares innerhalb von 4 Stunden nach der tatsächlichen Vorhersage unterstützen die herausragende Rolle der Einbeziehung von 2PN-genauen GW-Emissionseffekten bei der Verfolgung der Umlaufbahn des sekundären BH.“ Noch wichtiger ist, dass unsere Spitzer-Beobachtungen das berühmte No-Hair-Theorem einschränken. schrieben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Diese Beobachtungen bereiten die Bühne für Beobachtungskampagnen, die die beispiellosen hochauflösenden Bildgebungsfähigkeiten des Event Horizon Telescope in Kombination mit dem Global Millimeter VLBI Array und der Weltraum-VLBI-Mission RadioAstron nutzen, um das BBH-System in OJ 287 räumlich aufzulösen.“ '
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .