🔭 Eine Kartographie verschmelzungsnaher supermassereicher Schwarzer Löcher
Quasare sind extrem leuchtkräftige galaktische Kerne, die von hochaktiven supermassereichen Schwarzen Löchern angetrieben werden. Wenn sich zwei dieser Giganten einander nähern, um zu verschmelzen, emittieren sie Gravitationswellen und erzeugen ein charakteristisches Signal, das Wissenschaftler zu entschlüsseln lernen.
Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren kollidierender Galaxien nähern sich fortschreitend an, bis sie kollidieren und kolossale Energie freisetzen.
Bildnachweis: NASA's Goddard Space Flight Center/Scott Noble ; Simulationsdaten, d'Ascoli et al. 2018
Bei der Untersuchung von einhundertvierzehn aktiven galaktischen Kernen identifizierten die Wissenschaftler zwei besonders vielversprechende Doppelsysteme. Getauft auf die Namen Gondor und Rohan, in Anlehnung an den Herrn der Ringe, bieten diese supermassereichen Schwarzen Löcher ein konkretes Beispiel für die Technik.
Die Präsenz dieser Gravitationswellen um einen Quasar signalisiert somit die wahrscheinliche Existenz eines Paares von Schwarzen Löchern, das sich auf dem Weg zur Verschmelzung befindet. Diese Entdeckung ermöglicht die Erstellung einer kosmischen Karte, die diese titanischen Ereignisse erfasst. Die Forscher schätzen, dass selbst ein kleiner Katalog von Verschmelzungen unser Verständnis dieser Phänomene erheblich verbessern könnte.
Die Arbeiten, die vom NANOGrav-Projekt durchgeführt werden, ebnen den Weg für eine systematische Detektion von Doppelsystemen supermassereicher Schwarzer Löcher. Dieser Fortschritt hilft auch, die Physik verschmelzender Galaxien und die grundlegende Natur von Gravitationswellen besser zu begreifen. Das Team hat seine Ergebnisse in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Gravitationswellen
Gravitationswellen sind Störungen der Raumzeit, die Albert Einstein vor mehr als einem Jahrhundert vorhergesagt hat. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und werden von heftigen Ereignissen erzeugt, wie der Verschmelzung Schwarzer Löcher oder Neutronensterne. Ihr direkter Nachweis, der erstmals 2015 gelang, hat ein neues Fenster zum Universum geöffnet.
Diese Wellen sind extrem schwach: Wenn sie die Erde durchqueren, verändern sie Abstände in winzigem Maßstab, etwa in der Größenordnung eines Milliardstel eines Milliardstel Meters. Um sie einzufangen, nutzen Wissenschaftler hochempfindliche Instrumente wie die Interferometer LIGO und Virgo. Diese Detektoren messen die winzigen Längenänderungen zwischen senkrechten Armen, die durch das Passieren einer Gravitationswelle verursacht werden.
Der Gravitationswellenhintergrund ist ein konstantes Grundrauschen, das durch die Überlagerung vieler weit entfernter Quellen erzeugt wird. Er ist besonders nützlich, um binäre supermassereiche Schwarze Löcher zu untersuchen, deren Verschmelzungen zu langsam sind, um auf kurzen Zeitskalen individuell erfasst zu werden. Durch die Analyse dieses Hintergrunds können Astronomen statistische Informationen über die Population dieser Objekte im Universum gewinnen.
Dieser Ansatz ergänzt die traditionelle Beobachtung durch Licht und ermöglicht die Erforschung ansonsten unsichtbarer Phänomene. Er hat bereits wichtige Aspekte der allgemeinen Relativitätstheorie bestätigt und verspricht zahlreiche Entdeckungen über die Entstehung und Entwicklung kosmischer Strukturen.
Quasare und supermassereiche Schwarze Löcher
Quasare sind die extrem hellen Kerne ferner Galaxien, oft auch als aktive galaktische Kerne bezeichnet. Ihre gewaltige Leuchtkraft stammt von der Akkretion von Materie um ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch. Wenn Gas und Staub in das Schwarze Loch fallen, bilden sie eine heiße Scheibe, die intensiv strahlt, bevor sie hinter dem Ereignishorizont verschwindet.
Diese supermassereichen Schwarzen Löcher wiegen typischerweise zwischen Millionen und Milliarden Sonnenmassen. Sie befinden sich im Zentrum der meisten großen Galaxien, einschließlich unserer eigenen Milchstraße. Ihre Aktivität beeinflusst ihre Wirtsgalaxie tiefgreifend, reguliert die Sternentstehung und formt die galaktische Struktur durch die Energiestrahlen, die sie ausstoßen können.
Wenn zwei Galaxien kollidieren, können ihre zentralen Schwarzen Löcher schließlich ein Doppelsystem bilden. Indem sie sich umeinander winden, emittieren sie Gravitationswellen und erscheinen, wenn sie aktiv sind, als Quasare. So kann die Beobachtung eines Quasars auf die Anwesenheit eines supermassereichen Schwarzen Lochs hinweisen, und bestimmte Variationen können ein wechselwirkendes Paar verraten.
Die Untersuchung von Quasaren ermöglicht es daher, die Verteilung und das Verhalten supermassereicher Schwarzer Löcher im Kosmos nachzuvollziehen. Indem man sie mit Gravitationssignalen kombiniert, erhalten Wissenschaftler ein vollständigeres Bild dieser Objekte.