Astronomen haben drei riesige Schwarze Löcher in einem kolossalen Kollisionsstadium entdeckt. Mehrere Observatorien, darunter das Chandra-Röntgenobservatorium und andere NASA-Weltraumteleskope, haben ein ungewöhnliches System entdeckt.
"Zu dieser Zeit suchten wir nur nach Paaren von Schwarzen Löchern und stießen dank unserer Auswahlmethode dennoch auf dieses erstaunliche System", sagte Ryan Pfeifle von der George Mason University in Fairfax, Virginia, der als erster Autor einen neuen Artikel im Astrophysical Journal beschrieb diese Ergebnisse.
"Dies ist der überzeugendste Beweis - es wurde ein dreifaches System supermassiver Schwarzer Löcher gefunden".
Das System ist als SDSS J084905.51 + 111447.2 (abgekürzt als SDSS J0849 + 1114) bekannt und befindet sich eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt.
Um dieses seltene System aufzudecken, mussten die Forscher Daten von Teleskopen sowohl auf der Erde als auch im Weltraum kombinieren.
Erstens erhielt das Sloan Digital Sky Survey (SDSS) -Teleskop, das große Himmelsbrocken im optischen Bereich von New Mexico abtastet, ein SDSS-Bild von J0849 + 1114. Mithilfe von Wissenschaftlern, die an einem Projekt namens Galaxy Zoo beteiligt waren, wurde das Objekt als System markiert kollidierende Galaxien.
Dann zeigten Daten des NASA-Infrarot-Weltraumteleskops (WISE), dass das System während der galaktischen Fusionsphase stark im Infrarotbereich leuchtete, als erwartet wurde, dass sich eines der Schwarzen Löcher schnell „füttern“ würde.
Um dies herauszufinden, wandten sich Astronomen an Chandra und das Big Binocular Telescope (LBT) in Arizona.
Chandra-Daten zeigten Röntgenquellen - ein klares Zeichen dafür, dass das Material von Schwarzen Löchern absorbiert wird - in den hellen Zentren jeder Galaxie bei der Fusion, genau dort, wo Wissenschaftler supermassereiche Schwarze Löcher erwarten.
Das harte Röntgen-Weltraumteleskop (NuSTAR) von Chandra und der NASA fand auch Hinweise auf eine große Menge an Gas und Staub um eines der Schwarzen Löcher, die typisch für ein konfluentes Schwarzes Loch-System sind.
In der Zwischenzeit zeigten die optischen Lichtdaten von SDSS und LBT die charakteristischen spektralen Eigenschaften des von drei supermassiven Schwarzen Löchern verbrauchten Materials.
"Optische Spektren enthalten eine Fülle von Informationen über die Galaxie", sagte Mitautorin Christina Manzano King von der University of California, Riverside. "Sie werden häufig verwendet, um aktiv wachsende supermassereiche Schwarze Löcher aufzuspüren, und spiegeln möglicherweise den Einfluss wider, den sie auf ihre Galaxien ausüben".
Einer der Gründe, warum es schwierig ist, ein Dreifaches supermassereicher Schwarzer Löcher zu finden, ist, dass sie wahrscheinlich von Gas und Staub umhüllt sind und den größten Teil des Lichts blockieren.
WISE-Infrarotbilder, LBT-Infrarotspektren und Chandra-Röntgenbilder umgehen dieses Problem, da Infrarot- und Röntgenlicht Gaswolken viel leichter durchdringen als optisches Licht.
„Durch den Einsatz dieser großen Observatorien haben wir einen neuen Weg gefunden, um dreifach supermassereiche Schwarze Löcher zu identifizieren. Jedes Teleskop gibt uns einen anderen Hinweis darauf, was in diesen Systemen passiert “, sagte Pfeifl. „Wir hoffen, dass wir unsere Arbeit ausweiten können, um mit der gleichen Technik mehr solche Systeme zu finden“.
"Doppelte und dreifache Schwarze Löcher sind extrem selten", sagte Shobita Satyapal, "aber solche Systeme sind eigentlich eine natürliche Folge der Fusion von Galaxien, von der wir glauben, dass sie wachsen und sich entwickeln".
Die drei Fusionen supermassiver Schwarzer Löcher verhalten sich nicht wie ein Paar. Wenn drei solcher Schwarzen Löcher interagieren, sollten zwei davon viel schneller zu einem großen Schwarzen Loch verschmelzen, als wenn es ein Paar von Schwarzen Löchern wäre.
Dies mag eine Lösung für ein theoretisches Rätsel sein, das als „Finite-Parsec-Problem“ bezeichnet wird und bei dem zwei supermassereiche Schwarze Löcher mehrere Jahre lang nahe beieinander sein können.
Um sie jedoch aufgrund von Energieüberschüssen zu kombinieren, ist eine zusätzliche Anziehung nach innen erforderlich, um sie aus den Umlaufbahnen zu entfernen. Der Einfluss eines dritten Schwarzen Lochs, wie im System SDSS J0849 + 1114, kann dazu beitragen, sie zu vereinen.
Computersimulationen haben gezeigt, dass 16% der Paare von supermassiven Schwarzen Löchern in kollidierenden Galaxien mit einem dritten supermassiven Schwarzen Loch interagieren, bevor sie verschmelzen.
Solche Fusionen erzeugen Wellen in der Raum-Zeit, die Gravitationswellen genannt werden. Diese Wellen haben niedrigere Frequenzen als das laserinterferometrische Gravitationswellenobservatorium (LIGO) erkennen kann.
Sie können jedoch mithilfe von Pulsar-Funkbeobachtungen sowie künftigen Weltraumobservatorien wie dem ESA Space Gravity Observatory (LISA), das Schwarze Löcher mit bis zu einer Million Sonnenmassen aufspüren wird, nachgewiesen werden.