Ein Schwarzes Loch, das nach einer Verschmelzung aus dem Zentrum seiner Galaxie vertrieben wurde, könnte in seiner Umgebung mehrere nachweisbare Phänomene auslösen.
Das Szenario beginnt mit zwei massereichen Schwarzen Löchern, die im Herzen einer Galaxie zusammengebracht werden. Wenn sie verschmelzen, senden sie Gravitationswellen aus, Verformungen der Raumzeit, die Energie transportieren. Wenn diese Emission stärker in eine Richtung erfolgt, erhält das entstandene Schwarze Loch einen Schubs in die entgegengesetzte Richtung. Es kann dann das galaktische Zentrum verlassen.
Erwan Hochart und Simon Portegies Zwart simulierten diesen abrupten Aufbruch in einem sehr dichten Sternhaufen, der das Schwarze Loch umgibt. Ihre Modelle verwenden Schwarze Löcher mit 100.000 und 400.000 Sonnenmassen. In ihren Simulationen werden Rückstoßgeschwindigkeiten von 300 oder 600 km/s vorgegeben; anschließend verfolgen sie die Bewegungen der benachbarten Objekte über 100.000 Jahre.
Die Bewegung verändert sofort die Bahnen der Sterne um das Schwarze Loch. Einige kommen auch nahe genug vorbei, um durch seine Gravitation auseinandergerissen zu werden. Ein solches Phänomen, Gezeitenzerreißungsereignis genannt, setzt Materie frei, die ein Lichtsignal erzeugen kann. Die Simulation sagt einen schnellen Anstieg der Zahl dieser Begegnungen nach dem Rückstoß voraus.
Andere sehr kompakte Objekte im Sternhaufen können ebenfalls in Richtung des umherwandernden Schwarzen Lochs gezogen werden. So könnte dieselbe anfängliche Bewegung mehrere Kategorien von Signalen hervorbringen, und zwar an Positionen, die vom Zentrum der Galaxie, in dem die Verschmelzung stattgefunden hat, versetzt sind.
In den Simulationen treten mehr Ereignisse auf, wenn das Schwarze Loch massereicher ist, wenn seine Rückstoßgeschwindigkeit geringer ist und wenn die Sterne nahe dem Zentrum stark konzentriert sind. Die anfängliche Verteilung der Sterne wird somit entscheidend dafür, was ein Observatorium möglicherweise detektieren könnte.
Die Autoren schätzen außerdem ab, wie viele solcher Ereignisse im Universum beobachtbar sein könnten. Je nach ihren Annahmen über die Konzentration der Sterne variiert die maximale Schätzung stark. In einem dichten Szenario erreicht sie etwa 290 Ereignisse pro Jahr, gegenüber etwa 30 bei einer weniger konzentrierten Verteilung.
Diese Abhängigkeit könnte künftige Signale gerade in Werkzeuge zur Beobachtung der unmittelbaren Umgebung Schwarzer Löcher verwandeln. Ihre Anzahl und Verteilung würden Hinweise auf die Sterndichte nach einer Verschmelzung und auf die Rückstoßgeschwindigkeit liefern.