Haben supermassive Schwarze Löcher Freunde? Die Natur der Galaxienbildung legt nahe, dass die Antwort ja ist, und tatsächlich sollten Paare supermassiver Schwarzer Löcher im Universum üblich sein.
Ich bin Astrophysiker und interessiere mich für eine breite Palette theoretischer Probleme in der Astrophysik, von der Bildung der allerersten Galaxien bis zu den Gravitationswechselwirkungen von Schwarzen Löchern, Sternen und sogar Planeten., Schwarze Löcher sind faszinierende Systeme, und supermassive Schwarze Löcher und die dichten Sternumgebungen, die sie umgeben, stellen einen der extremsten Orte in unserem Universum dar.
Das supermassive Schwarze Loch, das im Zentrum unserer Galaxie lauert, Sgr A* genannt, hat eine Masse von etwa 4 Millionen Mal so groß wie unsere Sonne. Ein Schwarzes Loch ist ein Ort im Raum, an dem die Schwerkraft so stark ist, dass weder Partikel noch Licht daraus entweichen können. Die umgebende Sgr A* ist ein dichter Sternhaufen., Präzise Messungen der Umlaufbahnen dieser Sterne ermöglichten es den Astronomen, die Existenz dieses supermassiven Schwarzen Lochs zu bestätigen und seine Masse zu messen. Seit mehr als 20 Jahren überwachen Wissenschaftler die Umlaufbahnen dieser Sterne um das supermassive Schwarze Loch. Basierend auf dem, was wir gesehen haben, zeigen meine Kollegen und ich, dass es, wenn dort ein Freund ist, ein zweites Schwarzes Loch in der Nähe geben könnte, das mindestens 100.000 Mal so groß ist wie die Masse der Sonne.
Supermassive Schwarze Löcher und ihre Freunde
Fast jede Galaxie, einschließlich unserer Milchstraße, hat ein supermassives Schwarzes Loch im Herzen, mit Massen von Millionen bis Milliarden Mal die Masse der Sonne. Astronomen untersuchen immer noch, warum das Herz von Galaxien oft ein supermassives Schwarzes Loch beherbergt. Eine beliebte Idee verbindet sich mit der Möglichkeit, dass supermassive Löcher Freunde haben.,
Um diese Idee zu verstehen, müssen wir zurückgehen, als das Universum etwa 100 Millionen Jahre alt war, in die Ära der allerersten Galaxien. Sie waren viel kleiner als die heutigen Galaxien, etwa 10.000 oder mehr Mal weniger massiv als die Milchstraße. Innerhalb dieser frühen Galaxien schufen die allerersten Sterne, die starben, Schwarze Löcher von etwa zehn bis tausend der Masse der Sonne. Diese Schwarzen Löcher sanken zum Schwerpunkt, dem Herzen ihrer Wirtsgalaxie., Da sich Galaxien durch Verschmelzen und Kollidieren entwickeln, werden Kollisionen zwischen Galaxien zu supermassiven Schwarzen Lochpaaren führen – der Schlüsselteil dieser Geschichte. Die Schwarzen Löcher kollidieren dann und werden auch größer. Ein Schwarzes Loch, das mehr als das Millionenfache der Masse unseres Sohnes ist, gilt als supermassiv.
Wenn das supermassive Schwarze Loch tatsächlich einen Freund hat, der sich in einer engen Umlaufbahn um ihn dreht, ist das Zentrum der Galaxie in einem komplexen Tanz eingeschlossen. Die Gravitationsschlepper der Partner werden auch einen eigenen Zug auf die nahe gelegenen Sterne ausüben, die ihre Umlaufbahnen stören., Die beiden supermassiven Schwarzen Löcher umkreisen sich gegenseitig und üben gleichzeitig ihre eigene Anziehungskraft auf die Sterne um sie herum aus.
Die Gravitationskräfte der Schwarzen Löcher ziehen diese Sterne an und lassen sie ihre Umlaufbahn ändern; mit anderen Worten, nach einer Umdrehung um das supermassive Schwarze Lochpaar wird ein Stern nicht genau zu dem Punkt zurückkehren, an dem er begann.
Mit unserem Verständnis der Gravitationsinteraktion zwischen dem möglichen supermassiven Schwarzen Lochpaar und den umgebenden Sternen können Astronomen vorhersagen, was mit Sternen passieren wird., Astrophysiker wie meine Kollegen und ich können unsere Vorhersagen mit Beobachtungen vergleichen und dann die möglichen Umlaufbahnen von Sternen bestimmen und herausfinden, ob das supermassive Schwarze Loch einen Begleiter hat, der Gravitationseinfluss ausübt.
Mit einem gut untersuchten Stern namens S0-2, der das supermassive Schwarze Loch umkreist, das alle 16 Jahre im Zentrum der Galaxie liegt, können wir bereits die Vorstellung ausschließen, dass es ein zweites supermassives Schwarzes Loch gibt Masse über 100.000 mal die Masse der Sonne und weiter als etwa 200 mal die Entfernung zwischen Sonne und Erde., Wenn es einen solchen Begleiter gäbe, hätten ich und meine Kollegen seine Auswirkungen auf die Umlaufbahn von SO-2 entdeckt.
Aber das bedeutet nicht, dass sich ein kleineres Schwarzes Loch dort nicht verstecken kann. Ein solches Objekt kann die Umlaufbahn von SO-2 nicht so verändern, wie wir es leicht messen können.
Die Physik der supermassiven Schwarzen Löcher
Supermassive Schwarze Löcher haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit bekommen. Insbesondere das jüngste Bild eines solchen Riesen im Zentrum der Galaxie M87 öffnete ein neues Fenster zum Verständnis der Physik hinter Schwarzen Löchern.,
Die Nähe des Galaktischen Zentrums der Milchstraße – nur 24.000 Lichtjahre entfernt-bietet ein einzigartiges Labor zur Lösung von Problemen in der Grundphysik supermassiver Schwarzer Löcher. Zum Beispiel möchten Astrophysiker wie ich ihre Auswirkungen auf die zentralen Regionen von Galaxien und ihre Rolle bei der Galaxienbildung und-evolution verstehen., Die Entdeckung eines Paares supermassiver Schwarzer Löcher im Galaktischen Zentrum würde darauf hindeuten, dass die Milchstraße irgendwann in der Vergangenheit mit einer anderen, möglicherweise kleinen Galaxie verschmolz.
Das ist nicht alles, was uns die Überwachung der umgebenden Sterne sagen kann. Messungen des Sterns S0-2 ermöglichten es Wissenschaftlern, einen einzigartigen Test von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie durchzuführen. Im Mai 2018 zoomte S0-2 in einer Entfernung von nur etwa 130 mal der Entfernung der Erde von der Sonne am supermassiven Schwarzen Loch vorbei., Nach Einsteins Theorie sollte sich die Wellenlänge des vom Stern emittierten Lichts ausdehnen, wenn er aus der tiefen Gravitationsquelle des supermassiven Schwarzen Lochs steigt.
Die von Einstein vorhergesagte Dehnungswellenlänge, die den Stern röter erscheinen lässt, wurde nachgewiesen und beweist, dass die allgemeine Relativitätstheorie die Physik in dieser extremen Gravitationszone genau beschreibt., Ich warte gespannt auf den zweitnächsten Ansatz von S0-2, der in etwa 16 Jahren eintreten wird, da Astrophysiker wie ich in der Lage sein werden, mehr von Einsteins Vorhersagen über die allgemeine Relativitätstheorie zu testen, einschließlich der Änderung der Orientierung der langgestreckten Umlaufbahn der Sterne. Wenn das supermassive Schwarze Loch jedoch einen Partner hat, könnte dies das erwartete Ergebnis verändern.
Schließlich, wenn sich zwei massive Schwarze Löcher im Galaktischen Zentrum umkreisen, werden sie, wie mein Team vorschlägt, Gravitationswellen aussenden. Seit 2015 erfassen die LIGO-Virgo-Observatorien Gravitationswellenstrahlung durch Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit Sternmasse und Neutronensternen. Diese bahnbrechenden Entdeckungen haben Wissenschaftlern einen neuen Weg eröffnet, das Universum zu spüren.,
Alle Wellen, die von unserem hypothetischen Schwarzen Lochpaar emittiert werden,sind bei niedrigen Frequenzen, zu niedrig für die LIGO-Virgo-Detektoren. Aber ein geplanter weltraumgestützter Detektor namens LISA kann diese Wellen möglicherweise erkennen, was Astrophysikern helfen wird, herauszufinden, ob unser galaktisches Zentrum Black Hole allein ist oder einen Partner hat.
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