Künstlerische Darstellung eines supermassereichen Schwarzen Lochs. (Naeblys/iStock/Getty Images Plus) Super massiv Schwarze Löcher neigen dazu, mehr oder weniger stationär in den Zentren von Galaxien zu sitzen. Aber nicht alle dieser fantastischen kosmischen Objekte bleiben an Ort und Stelle; Einige sind möglicherweise schief und wackeln wie kosmische Nomaden durch Galaxien.
Wir nennen solche Schwarzen Löcher „Wanderer“, und sie sind größtenteils theoretisch, weil sie schwierig sind ( aber nicht unmöglich ) zu beobachten und daher zu quantifizieren. Aber eine neue Reihe von Simulationen hat es einem Team von Wissenschaftlern ermöglicht, herauszufinden, wie viele Wanderer es geben sollte und wo sie sich aufhalten – was uns wiederum dabei helfen könnte, sie da draußen im Universum zu identifizieren.
Dies könnte wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis davon haben, wie supermassereiche Schwarze Löcher – Monster mit der millionen- bis milliardenfachen Masse unserer Sonne – entstehen und wachsen, ein Prozess, der von Geheimnissen umgeben ist.
Kosmologen gehen davon aus, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher (SMBHs) in den Kernen aller – oder zumindest der meisten – Galaxien im Universum befinden. Die Massen dieser Objekte betragen normalerweise ungefähr proportional zur Masse des zentralen galaktischen Bulges um sie herum, was darauf hindeutet, dass die Entwicklung der schwarzes Loch und seine Galaxie sind irgendwie miteinander verbunden.
Doch die Entstehungswege supermassiver Schwarzer Löcher sind unklar. Wir wissen, dass Schwarze Löcher mit stellarer Masse durch den Kernkollaps massereicher Sterne entstehen, aber dieser Mechanismus funktioniert bei Schwarzen Löchern in der Umgebung nicht 55-fache Masse der Sonne .
Astronomen gehen davon aus, dass SMBHs durch die Ansammlung von Sternen, Gas und Staub sowie durch Verschmelzungen mit anderen Schwarzen Löchern wachsen (sehr große Löcher in den Kernen anderer Galaxien, wenn diese Galaxien kollidieren).
Aber kosmologische Zeitskalen unterscheiden sich stark von unseren menschlichen Zeitskalen, und der Prozess der Kollision zweier Galaxien kann sehr lange dauern. Dadurch ist das potenzielle Zeitfenster für eine Störung der Fusion recht groß, und der Prozess könnte verzögert oder sogar ganz verhindert werden, was zu diesen „Wanderern“ schwarzer Löcher führen könnte.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Angelo Ricarte vom Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics hat anhand der kosmologischen Simulationen von Romulus abgeschätzt, wie häufig dies in der Vergangenheit hätte vorkommen müssen und wie viele Schwarze Löcher heute noch umherwandern würden.
Diese Simulationen verfolgen selbstkonsistent die Umlaufbahnentwicklung von Paaren supermassiver Schwarzer Löcher, was bedeutet, dass sie vorhersagen können, welche Schwarzen Löcher es wahrscheinlich ins Zentrum ihrer neuen galaktischen Heimat schaffen werden und wie lange dieser Prozess dauern dürfte wie viele kommen nie dorthin.
„Romulus sagt voraus, dass sich nach mehreren Milliarden Jahren der Orbitalentwicklung viele supermassive Doppelsterne Schwarzer Löcher bilden, während einige SMBHs es nie bis zum Zentrum schaffen werden.“ schrieben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Infolgedessen wurde festgestellt, dass Galaxien mit der Masse der Milchstraße in Romulus durchschnittlich 12 supermassereiche Schwarze Löcher beherbergen, die typischerweise weit vom galaktischen Zentrum entfernt durch den Halo wandern.“
Im frühen Universum, vor etwa 2 Milliarden Jahren nach dem Urknall Das Team stellte fest, dass Wanderer den supermassereichen Schwarzen Löchern in galaktischen Kernen sowohl zahlenmäßig überlegen sind als auch diese überstrahlen. Dies bedeutet, dass sie den größten Teil des Lichts erzeugen würden, das wir von der Materie um aktive SMBHs erwarten würden, und hell leuchten würden, wenn es das Schwarze Loch umkreist und auf dieses auftrifft.
Sie bleiben nahe ihrer Keimmasse – also der Masse, mit der sie entstanden sind – und stammen wahrscheinlich aus kleineren Satellitengalaxien, die größere umkreisen.
Und einige Wanderer dürften den Simulationen zufolge auch heute noch da sein. Im lokalen Universum müssten eigentlich einige davon herumlungern.
„Wir stellen fest, dass die Anzahl der wandernden Schwarzen Löcher ungefähr linear mit der Halo-Masse skaliert, sodass wir Tausende von wandernden Schwarzen Löchern in Galaxienhaufen-Halos erwarten.“ schrieben die Forscher .
„Lokal machen diese Wanderer etwa 10 Prozent des lokalen Massenbudgets Schwarzer Löcher aus, wenn man die Samenmassen berücksichtigt.“
Diese Schwarzen Löcher müssen nicht unbedingt aktiv sein und wären daher sehr schwer zu erkennen. In einer kommenden Arbeit wird das Team im Detail untersuchen, wie wir diese verlorenen Wanderer beobachten können.
Dann müssen wir nur noch die Verlorenen finden Sternmasse Und Zwischenmasse Schwarze Löcher…
Die Forschung wurde im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .