Die Geheimnisse hinter dem schwersten Paar Schwarzer Löcher, das je entdeckt wurde

Astronomen haben gerade eine außergewöhnliche Entdeckung bekannt gegeben: ein Paar supermassiver Schwarzer Löcher, das schwerste, das je beobachtet wurde, mit einer kombinierten Masse, die der von 28 Milliarden Sonnen entspricht.

Diese kosmischen Giganten befinden sich in einer fossilen Galaxie namens B2 0402+379 und sind nur 24 Lichtjahre voneinander entfernt. Trotz dieser extremen Nähe sind sie in einem endlosen Orbitaltanz verwickelt, ohne sich weiter anzunähern, ein kosmisches Ballett, das seit mehr als 3 Milliarden Jahren andauert.


Schwarze Löcher entstehen durch den Kollaps gigantischer Sterne und erhöhen ihre Masse, indem sie alles einfangen, was sich in ihrer Nähe befindet, ob Gas, Staub, Sterne oder andere Schwarze Löcher. Wie jedoch die ersten Schwarzen Löcher entstanden sind, bleibt ein Mysterium.

Simulationen des "kosmischen Anhebens", also der ersten Milliarden Jahre des Universums, deuten darauf hin, dass Schwarze Löcher aus dichten Wolken aus kaltem Gas und Staub entstanden sind, die sich zu so massiven Sternen zusammenballten, dass sie dazu bestimmt waren, schnell zu kollabieren. Diese ursprünglichen Schwarzen Löcher wuchsen dann, indem sie umliegende Gase anzogen, die kollabierten, um die ersten Sterne von Zwerggalaxien zu bilden. Mit der Ausdehnung des Universums kombinierten sich diese Schwarzen Löcher schnell mit anderen, um supermassive Schwarze Löcher zu bilden und zugleich größere Galaxien zu formieren.

Die Entdeckung dieses Paares von Schwarzen Löchern wurde durch archivierte Daten ermöglicht, die mit dem Gemini North Teleskop auf Hawaii gesammelt wurden. Indem sie ein Spektrograf benutzten, um das Licht der Sterne in einzelne Farben zu zerlegen, identifizierten Wissenschaftler Lichter, die von Sternen kamen, die um die Schwarzen Löcher beschleunigten. Die Galaxie B2 0402+379, eine "Fossilienansammlung", entstand aus der Verschmelzung einer ganzen Gruppe von Sternen und Gas in eine einzige gigantische Galaxie.

Die Forscher schätzen, dass die Verschmelzung der Schwarzen Löcher innerhalb verschmelzender Galaxien geschieht, indem sie zunächst in eine Umlaufbahn umeinander eintreten und sich dann allmählich annähern, während ihre Tanzbewegung den Drehimpuls durch das Beschleunigen benachbarter Sterne abbaut (siehe Erklärung unten). Diese Paarung von Schwarzen Löchern scheint jedoch aufgrund ihrer massiven Größe, alles Material, das sie verlangsamen könnte, ausgeschöpft zu haben und lässt ihre Verschmelzung in der Schwebe.

Die Forscher planen weitere Untersuchungen im Kern von B2 0402+379, um die vorhandene Gasmenge zu studieren, was einen zusätzlichen Einblick in die Möglichkeit einer zukünftigen Verschmelzung der supermassiven Schwarzen Löcher bietet, oder ob sie, im Gegenteil, ewig ein Duo bleiben werden.

Die Dissipation von Drehimpuls in Systemen von supermassiven Schwarzen Löchern

Das Konzept der Drehimpulsdissipation ist entscheidend für das Verständnis der Evolution von binären Systemen supermassiver Schwarzer Löcher und ihrer möglichen Verschmelzung. Der Drehimpuls, in der Physik, ist ein Maß für die Menge der Rotation eines Objekts um einen Punkt. Im Kontext von supermassiven Schwarzen Löchern, die umeinander kreisen, spielt er eine entscheidende Rolle in der Dynamik ihrer Interaktion.

Wenn sich zwei Schwarze Löcher in einer Galaxie nähern, beginnen sie sich aufgrund ihrer starken Gravitation gegenseitig anzuziehen. Im Orbit umeinander bilden sie ein binäres System. Damit diese Schwarzen Löcher jedoch verschmelzen können, müssen sie sich zunächst hinreichend annähern. Hierfür muss das System Energie und Drehimpuls verlieren. Der Drehimpuls hält sie in einer Umlaufbahn auf einer bestimmten Entfernung, und ohne seine Dissipation würden sie ohne Ende drehen, ohne jemals zu verschmelzen.

Die Dissipation von Drehimpuls kann auf verschiedene Weisen erfolgen.

Eine Schlüsselmethode in galaktischen Umgebungen beinhaltet die dynamische Interaktion mit benachbarten Sternen. Wenn sich die umkreisenden Schwarzen Löcher den Sternen ihrer Wirtsgalaxie nähern, stören ihre Gravitationskräfte die stellaren Umlaufbahnen. Diese Interaktionen können einige Sterne auf höhere Geschwindigkeiten katapultieren und sie aus dem galaktischen System werfen, während sie den Schwarzen Löchern erlauben, sich anzunähern. Dieser Prozess überträgt einen Teil des Drehimpulses des binären Systems auf die nahegelegenen Sterne, wodurch der Gesamtdrehimpuls der Schwarzen Löcher reduziert wird und eine schrittweise Annäherung ermöglicht wird.

Eine andere Methode zur Drehimpulsdissipation, besonders relevant bei sehr engen Abständen, ist die Emission von Gravitationswellen. Wenn die Schwarzen Löcher eine ausreichende Nähe erreichen, erzeugt die intensive Verzerrung des Raum-Zeit-Kontinuums um sie herum Gravitationswellen, die energiereich genug sein können, um einen ausreichenden Teil der Energie und des Drehimpulses des Systems mit sich zu führen und den Schwarzen Löchern letztlich zu ermöglichen, zu verschmelzen.

Die Dissipation von Drehimpuls ist daher ein grundlegender Prozess, der es supermassiven Schwarzen Löchern ermöglicht, sich zu nähern und zu verschmelzen, ein Phänomen, das tiefgreifende Implikationen für unser Verständnis der Evolution von Galaxien und der Struktur des Universums hat.