Künstlerische Darstellung eines mittleren Schwarzen Lochs vor einem Sternhaufen. (CfA/M. Weiss) Überall im Universum gibt es zahlreiche Beispiele dafür, dass Galaxien in kolossalen Verschmelzungen zusammenkommen, einem Milliarden Jahre dauernden Prozess, der Sterne und Gas im umgebenden Raum verschmiert. Zum größten Teil wissen wir, wie sich das auswirkt – aber wir wissen nicht genau, was mit dem Supermassereichen passiert Schwarze Löcher innerhalb ihrer galaktischen Zentren.
Astronomen glauben, dass diese beiden galaktischen Kerne zu einem größeren verschmelzen könnten schwarzes Loch , senden riesig Gravitationswellen breitet sich über die Raumzeit aus. Sollte es jedoch zu einer Asymmetrie bei der galaktischen Verschmelzung kommen, könnte das neu entstandene Schwarze Loch aus der Galaxie herausgeschleudert und durch das Universum geschleudert werden Rückstoß der Gravitationswelle und nimmt einen Schwarm Sterne mit sich.
Solche außer Kontrolle geratenen Objekte, die in den späten Nullerjahren theoretisiert wurden, heißen hyperkompakte Sternsysteme (HCSSs) – ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einem dichten Haufen gravitativ gebundener Sterne, das in den Kosmos rast.
Die Existenz von HCSSs wäre ein ziemlich überzeugender Beweis dafür Gravitationswelle Rückstoß. Es gibt nur ein großes altes Problem: Wir haben noch keines gefunden, zumindest noch nicht.
Aber was im größeren Maßstab geschieht, sollte auch im kleineren Maßstab geschehen. Wir wissen, dass Schwarze Löcher mit Sternmasse verschmelzen können – dank Gravitationswelleninterferometern haben wir es entdeckt schon ein paar Überall im Universum ertönen Verschmelzungen von Schwarzen Löchern.
Als die Milchstraße noch viel jünger und ihr zentrales Schwarzes Loch möglicherweise viel kleiner war, a Verschmelzung mit einer Zwerggalaxie das auch ein kleineres zentrales Schwarzes Loch enthielt, könnte zu einer dieser kleineren Fusionen geführt haben.
Dies würde ein Schwarzes Loch zwischen der Sternmasse und der supermassereichen Klasse erzeugen – ein Schwarzes Loch mit mittlerer Masse, zwischen dem 100- und 10.000-fachen der Sonnenmasse, mit einem Gefolge von Sternen: im Grunde ein kleines HCSS.
Simulationen sagen voraus, dass es im Halo einer Galaxie wie der Milchstraße einige Hundert gefährliche Schwarze Löcher geben sollte.
Dies führte Astronomen des SRON Niederländischen Instituts für Weltraumforschung und der Radboud-Universität in den Niederlanden zu der Idee, dass HCSSs möglicherweise bereits von früheren Durchmusterungen wie Gaia und dem Sloan Digital Sky Survey erfasst wurden und sich irgendwo in den Daten verstecken.
Doch als das Team sich auf die Suche nach mehr machte, stellte es fest, dass noch niemand detaillierte Vorhersagen darüber gemacht hatte, wie diese hyperkompakten Sternhaufen aussehen sollten. Selbst wenn sie in den Daten enthalten wären, gäbe es kein Toolkit, mit dem sie identifiziert werden könnten.
(Lena et al., MNRAS, 2020)
In einer neuen Arbeit hat das Team diese Cluster simuliert und detaillierte Vorhersagen über ihre Farben, ihr Aussehen und ihre Spektren erstellt. Und sie sind noch einen Schritt weiter gegangen und haben diese Ergebnisse so angepasst, dass sie zeigen, wie die Cluster in den Daten von neun separaten laufenden Untersuchungen sowie auf einem zweidimensionalen Teleskopbild erscheinen würden.
Sie haben noch keinen dieser Cluster identifiziert; Das ist der nächste Schritt ihrer Forschung. Aber sie haben die Ergebnisse ihrer Simulationen veröffentlicht, so dass nun auch andere Astronomen auf die Suche gehen können.
Wenn sie sie finden, wird das eine große Sache sein, und das nicht nur wegen des Rückstoßes der Gravitationswelle. Es gibt nur sehr wenige Hinweise auf Schwarze Löcher mittlerer Masse – sie gelten als „fehlendes Glied“ bei Schwarzen Löchern, weil wir bisher Schwierigkeiten hatten, welche zu entdecken. Es gab einige ziemlich interessante Entdeckungen Das deutet sehr stark auf ihre Existenz hin, ist aber nicht schlüssig.
„Die Existenz von Schwarzen Löchern mittlerer Masse ist umstritten“ sagte der Astronom Davide Lena des SRON Niederländischen Instituts für Weltraumforschung.
„Wenn wir tatsächlich hyperkompakte Sternhaufen finden, werden wir gleichzeitig die Existenz von Schwarzen Löchern mittlerer Masse nachweisen.“ Wir können dies dann bestätigen, indem wir die Masse der Schwarzen Löcher durch spektroskopische Beobachtungen des hyperkompakten Sternhaufens messen.“
Wir wissen auch nicht, ob supermassive Schwarze Löcher – solche, die Millionen bis Milliarden Mal so groß sind wie die Masse der Sonne und die Kerne reifer Galaxien bilden – verschmelzen kann überhaupt. Berechnungen deuten darauf hin, dass zwei umlaufende supermassive Schwarze Löcher, wenn sie einen Parsec (3,2 Lichtjahre) voneinander entfernt sind, aufgrund ihrer Umlaufenergie dafür sorgen, dass sie potenziell Milliarden von Jahren lang in einer stabilen Umlaufbahn aneinander vorbeischwingen.
Aber wir wissen, dass Schwarze Löcher mit Sternmasse (zwischen dem 5- und 100-fachen der Sonnenmasse) verschmelzen können. Wenn HCSSs im galaktischen Halo identifiziert werden können, zeigt dies, dass auch Schwarze Löcher mittlerer Masse verschmelzen können. Dies wiederum deutet stark darauf hin, dass auch noch massereichere Schwarze Löcher verschmelzen können.
Wenn wir sie also finden, könnten diese schwer fassbaren Sternenbälle der Schlüssel zur Lösung einiger Weltraumrätsel sein. Wir können es kaum erwarten.
Die Forschung wurde im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .