Supermassive Schwarze Löcher kollidieren in galaktischen Fusionen Große Finale

Astronomen haben neue Details des Schwarzlochwachstums beobachtet, die zuvor durch verdunkelte Gas- und Staubwolken verdeckt waren.

Zum ersten Mal haben Astronomen die Endstadien galaktischer Fusionen beobachtet, indem sie durch dicke Gas- und Staubwände blickten, um Paare supermassiver schwarzer Löcher zu sehen, die sich näher zusammenrücken und das schnelle Wachstum der schwarzen Löcher.

In den Zentren der meisten, wenn nicht gar aller Galaxien befinden sich supermassive Schwarze Löcher mit Massen, die Millionen bis Milliarden Mal so groß sind wie die der Sonne der Erde. Im Herzen unserer Milchstraßengalaxie liegt zum Beispiel der Schütze A*, der etwa 4,5 Millionen Sonnenmassen groß ist.

Frühere Arbeiten ergaben, dass Fusionen von Galaxien dazu beitragen könnten, das Wachstum supermassiver Schwarzer Löcher voranzutreiben. Diese Forschung deutete darauf hin, dass sich schwarze Löcher an den Kernen kollidierender Galaxien zu noch größeren schwarzen Löchern verbinden können. [Wenn Galaxien kollidieren: Fotos von großen galaktischen Stürzen]

Galaktische Fusionen geben wahrscheinlich supermassiven Schwarzen Löchern reichlich Gelegenheit, Sterne zu zerreißen und Materie zu verschlingen. Diese Zerstörung setzt außergewöhnliche Lichtmengen frei und dient wahrscheinlich als treibende Kraft hinter Quasaren, die zu den hellsten Objekten des Universums gehören.

Allerdings hat sich die Unterstützung für das fusionsbasierte Modell des Wachstums supermassiver Schwarzer Löcher als gemischt erwiesen, sagten die Autoren des neuen Werks. Während einige Forschungen einen Zusammenhang zwischen Quasaren und fusionierenden Galaxien gezeigt haben, haben andere Studien keinen solchen Zusammenhang gefunden.

Eine mögliche Erklärung für den offensichtlichen Mangel an einer Verbindung zwischen Quasaren und zusammenwachsenden Galaxien ist, dass Gas und Staub, die um diese Galaxien herumwirbeln, die schwarzen Löcher wahrscheinlich stark verdecken werden. Dies gilt auch in den frühen Phasen der Fusionen, wenn die Galaxien durch mehr als 16.000 Lichtjahre Raum getrennt sind. Computersimulationen deuten darauf hin, dass eine solche Verheimlichung in der Endphase von Fusionen, wenn die galaktischen Kerne weniger als 10.000 Lichtjahre voneinander entfernt sind, ihren Höhepunkt erreicht, sagten die Studienautoren.

Jetzt haben die Forscher mehrere Galaxienpaare in den späten Stadien der Fusion beobachtet, wobei ihre supermassiven schwarzen Kernlöcher näher rücken. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie es zu noch massiveren Schwarzen Löchern kommen könnte.

Die Wissenschaftler suchten zunächst nach versteckten schwarzen Löchern, indem sie Röntgendaten aus dem Neil Gehrels Swift Observatorium der NASA im Wert von 10 Jahren durchsuchten. Wenn Schwarze Löcher Materie verschlingen, können solche „aktiven“ Schwarzen Löcher hochenergetische Röntgenstrahlen erzeugen, die auch durch dicke Wolken aus Gas und Staub sichtbar sind.

Anschließend suchten die Forscher nach Galaxien, die zu diesen Röntgenfunden passen, indem sie Daten vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA und dem Keck Observatorium auf Hawaii durchsuchten. Verformbare Spiegel, die computergesteuert sind, eine Technologie namens adaptive Optik am Keck-Observatorium helfen, die Bilder von Sternen zu schärfen, was zu einer „enormen Erhöhung der Auflösung führt“, sagte der leitende Autor der Studie, Michael Koss, gegenüber Space.com. Koss ist Astrophysiker beim wissenschaftlichen Forschungsunternehmen Eureka Scientific in Oakland, Kalifornien.

„Es wäre wie ein Wechsel von 20/200 Vision, wo man rechtlich blind ist, zu 20/20 Vision, die uns hilft, Galaxien in unglaublichen Details zu sehen“, sagte er.

Quelle: M. Koss (Eureka Scientific, Inc.)/NASA/ESA;Keck images: M. Koss (Eureka Scientific, Inc.)/W.M. Keck Observatorium; Pan-STARRS Bilder: M. Koss (Eureka Scientific, Inc.)/Panoramisches Vermessungsteleskop und Schnellreaktionssystem

Insgesamt analysierten die Wissenschaftler 96 Galaxien, die mit dem Keck Observatorium beobachtet wurden, und 385 Galaxien aus dem Hubble-Archiv. Alle diese Galaxien befinden sich durchschnittlich 330 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, kosmisch gesehen relativ nah beieinander, mit vielen ähnlichen Größen wie die Milchstraße.

Die Forscher fanden heraus, dass mehr als 17 Prozent dieser Galaxien ein Paar schwarzer Löcher in ihren Zentren beherbergten, Anzeichen für das Spätstadium einer galaktischen Fusion. Diese Ergebnisse entsprachen den Computersimulationen der Forscher, die darauf hindeuteten, dass hochaktive, aber stark verdunkelte schwarze Löcher, die in gas- und staubreichen Galaxien versteckt sind, für viele Fusionen supermassiver schwarzer Löcher verantwortlich sind.

„Galaktische Fusionen könnten ein wichtiger Weg sein, um schwarze Löcher zu bauen“, sagte Koss.

Unsere eigene Milchstraßengalaxie befindet sich derzeit in einer Fusion mit der benachbarten Andromedagalaxie, und die supermassiven schwarzen Löcher an den beiden galaktischen Kernen werden schließlich zusammenbrechen, sagte Koss.

„Im Moment sind die Galaxien durch Millionen von Lichtjahren getrennt, aber wir bewegen uns in Richtung Andromeda bei 250.000 mph[400.000 km/h]“, sagte Koss. „In 6 Milliarden Jahren wird es keine Milchstraßen- oder Andromedagalaxie geben – nur eine große Galaxie.“

Eine noch bessere Sicht auf Fusionen in staubigen, stark verdunkelten Galaxien könnte das mit Spannung erwartete James Webb Space Telescope der NASA bieten, das 2021 gestartet werden soll. Verbesserte Bilder könnten auch von adaptiven optischen Systemen in der nächsten Generation sehr großer bodengebundener Teleskope wie dem Dreißig-Meter-Teleskop, dem Europäischen Extrem-Groß-Teleskop und dem Riesen-Magellan-Teleskop stammen, sagte Koss. Das James Webb Weltraumteleskop sollte auch in der Lage sein, die Massen, Wachstumsraten und andere physikalische Merkmale für jedes Mitglied von nahegelegenen Schwarzlochpaaren zu messen, so die Forscher.

Die neue Arbeit wurde heute (7. November) in der Zeitschrift Nature online vorgestellt.

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