(NASA/R. Pfeifle et al., arXiv, 2019) Astronomen haben drei Supermassereiche entdeckt Schwarze Löcher (SMBHs) im Zentrum von drei kollidierenden Galaxien, eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. Das allein ist ungewöhnlich, aber die drei Schwarzen Löcher leuchten auch in Röntgenemissionen.
Dies ist ein Beweis dafür, dass es sich bei allen dreien auch um aktive galaktische Kerne (AGN) handelt, die Materie verschlingen und hell aufflammen.
Diese Entdeckung könnte etwas Licht auf das „letzte Parsec-Problem“ werfen, ein seit langem bestehendes Problem in der Astrophysik und schwarzes Loch Fusionen.
Astronomen fanden die drei SMBHs in Daten von mehreren Teleskopen, darunter dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS), dem Chandra X-ray Observatory und dem Wide-field Infrarot Survey Explorer (WISE).
Die drei Schwarzen Löcher sind in ein fast unvorstellbar episches Ereignis verwickelt; eine Verschmelzung dreier Galaxien. Diese Triplettverschmelzungen könnten eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie die massereichsten Schwarzen Löcher im Laufe der Zeit wachsen.
Die Astronomen, die es fanden, hatten nicht erwartet, drei Schwarze Löcher im Zentrum einer Verschmelzung dreier Galaxien zu finden.
„Wir waren damals nur auf der Suche nach Paaren von Schwarzen Löchern und doch sind wir durch unsere Auswahltechnik auf dieses erstaunliche System gestoßen“, sagte Ryan Pfeifle von der George Mason University in Fairfax, Virginia, der Erstautor einer neuen Arbeit in Das Astrophysikalische Journal Beschreibung dieser Ergebnisse.
„Dies ist der stärkste Beweis, der bisher für ein solches Dreifachsystem zur aktiven Versorgung supermassereicher Schwarzer Löcher gefunden wurde.“
Dreifache Schwarze-Loch-Systeme sind schwer zu erkennen, weil in ihrer Nachbarschaft so viel los ist. Sie sind von Gas und Staub umgeben, was es schwierig macht, hineinzusehen. In dieser Studie waren mehrere Teleskope erforderlich, die in verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums arbeiteten, um die drei Löcher aufzudecken. Es erforderte auch die Arbeit einiger Bürgerwissenschaftler.
Sie sind nicht nur schwer zu erkennen, sondern auch selten.
„Doppelte und dreifache Schwarze Löcher sind äußerst selten“, sagte Co-Autorin Shobita Satyapal, ebenfalls von George Mason, „aber solche Systeme sind tatsächlich eine natürliche Folge von Galaxienverschmelzungen, die unserer Meinung nach die Art und Weise sind, wie Galaxien wachsen und sich entwickeln.“
(Hubble/Pfeifle Du Bei der ., arXiv, 2019)
Das SDSS war das erste, das diese Dreifachfusion im sichtbaren Licht entdeckte, aber es gelang nur durch Galaxie-Zoo , einem Citizen-Science-Projekt, dass es sich um ein System kollidierender Galaxien handelte.
Dann erkannte WISE, dass das System im Infrarotbereich leuchtete, was darauf hinwies, dass es sich in einer Phase der Galaxienverschmelzung befand, in der erwartet wurde, dass mehr als eines der Schwarzen Löcher Nahrung aufnehmen würde.
Die Sloan- und WISE-Daten waren jedoch nur verlockende Hinweise, und Astronomen wandten sich für weitere Bestätigung an das Chandra-Observatorium und das Large Binocular Telescope (LBT). Chandra-Beobachtungen zeigten, dass es im Zentrum jeder Galaxie helle Röntgenquellen gab. Genau dort erwarten Wissenschaftler, SMBHs zu finden.
Weitere Beweise dafür, dass SMBHs dort waren, kamen von Chandra und der NASA Kernspektroskopisches Teleskop-Array (NuSTAR)-Satellit. Sie fanden Hinweise auf große Mengen Gas und Staub in der Nähe eines der Schwarzen Löcher.
Das wird erwartet, wenn Schwarze Löcher verschmelzen. Andere optische Lichtdaten des SDSS und des LBT lieferten spektrale Beweise, die für die Fütterung der drei SMBHs charakteristisch sind.
(NASA/CXC/NGST)
„Optische Spektren enthalten eine Fülle von Informationen über eine Galaxie“, sagte Co-Autorin Christina Manzano-King von der University of California, Riverside. „Sie werden häufig verwendet, um aktiv akkretierende supermassive Schwarze Löcher zu identifizieren und können die Auswirkungen widerspiegeln, die sie auf die Galaxien haben, in denen sie leben.“
Mit dieser Arbeit hat das Astronomenteam eine Möglichkeit entwickelt, mehr dieser dreifachen Schwarzlochsysteme zu finden.
„Durch den Einsatz dieser großen Observatorien haben wir einen neuen Weg zur Identifizierung dreifacher supermassereicher Schwarzer Löcher gefunden.“ „Jedes Teleskop gibt uns einen anderen Hinweis darauf, was in diesen Systemen vor sich geht“, sagte Pfeifle. „Wir hoffen, unsere Arbeit auszuweiten, um mit derselben Technik weitere Tripel zu finden.“
Möglicherweise haben sie auch etwas Licht auf das endgültige Parsec-Problem geworfen.
Das letzte Parsec-Problem
Das letzte Parsec-Problem ist von zentraler Bedeutung für unser Verständnis der Verschmelzung binärer Schwarzer Löcher. Es handelt sich um ein theoretisches Problem, das besagt, dass zwei Schwarze Löcher, wenn sie sich einander nähern, aufgrund ihrer übermäßigen Orbitalenergie daran gehindert werden, zu verschmelzen. Sie können innerhalb weniger Lichtjahre zusammenkommen, dann kommt der Verschmelzungsprozess zum Stillstand.
Wenn sich zwei Schwarze Löcher zunächst einander nähern, werden sie auf ihren hyperbolischen Flugbahnen direkt aneinander vorbeigetragen. Wenn die beiden Löcher im Laufe der Zeit mit Sternen in ihrer Nähe interagieren, schleudern sie die Sterne gravitativ und übertragen dabei jedes Mal einen Teil ihrer Umlaufenergie auf einen Stern. Die Emission von Gravitationswellen verringert auch die Energie der Schwarzen Löcher.
Schließlich geben die beiden Schwarzen Löcher genug Umlaufenergie ab, um langsamer zu werden, sich einander näher zu kommen und nur noch wenige Parsec voneinander entfernt zu sein.
Das Problem besteht darin, dass mit zunehmender Entfernung immer mehr Materie durch Schleudern aus ihrer Umgebung herausgeschleudert wird. Das bedeutet, dass es für die Schwarzen Löcher keine Materie mehr gibt, mit der sie interagieren und mehr Orbitalenergie abgeben könnten. An diesem Punkt kommt der Zusammenführungsprozess zum Stillstand. Oder es sollte.
Doch Astrophysiker wissen, dass Schwarze Löcher verschmelzen, weil sie die starken Gravitationswellen beobachtet haben. Tatsächlich, VERKNÜPFUNG (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) entdeckt eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern wöchentlich . Wie sie am Ende miteinander verschmelzen, wird als finales Parsec-Problem bezeichnet.
Das Team hinter dieser Studie glaubt, dass sie möglicherweise eine Antwort haben. Sie glauben, dass ein drittes Schwarzes Loch, wie sie es in diesem System beobachtet haben, den nötigen Schub liefern könnte, damit zwei Löcher verschmelzen.
Wenn sich zwei Schwarze Löcher in einem Trinärsystem einander nähern, könnte das dritte Loch sie dazu bringen, den letzten Parsec zu schließen und zu verschmelzen.
Computersimulationen zufolge werden etwa 16 % der Paare supermassereicher Schwarzer Löcher in kollidierenden Galaxien mit einem dritten supermassereichen Schwarzen Loch interagiert haben, bevor sie verschmelzen.
Diese Verschmelzungen würden Gravitationswellen erzeugen, aber das Problem ist, dass diese Wellen für LIGO oder das zu niederfrequent wären JUNGFRAU Observatorium zu erkennen.
(ESA/NASA/LISA)
Um diese zu entdecken, müssen sich Wissenschaftler möglicherweise auf zukünftige Observatorien wie LISA, ESA/NASA verlassen Laserinterferometer-Weltraumantenne . LISA wird Gravitationswellen mit niedrigerer Frequenz beobachten als LIGO oder VIRGO und ist besser gerüstet, um die Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher zu erkennen.
Der Artikel, der diese Ergebnisse präsentiert, trägt den Titel „ Ein dreifaches AGN in einer ausgewählten Galaxienverschmelzung im mittleren Infrarotbereich im Spätstadium .'
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lesen Sie das Original Artikel .