Suche nach schwarzen Löchern in fernen Galaxien

Schwarze Löcher sind seltsame Tiere im kosmischen Zoo. Sie kommen in zwei "Typen": stellar und supermassiv. Es ist mittlerweile bekannt, dass in den meisten Galaxien viele Schwarze Löcher mit Sternenmasse verstreut sind. Sie entstehen normalerweise durch den Tod von Sternen bei Supernova-Explosionen. Sie sind manchmal in binären Systemen zu finden, in denen ein Schwarzes Loch und ein Weißer Zwerg oder eine andere Art von Stern einen Orbital-Tanz miteinander machen.

Die Vorstellung eines Künstlers von einem Schwarzen Loch mit Sternenmasse (in Blau) entstand wahrscheinlich, als ein supermassereicher Stern zusammenbrach und sich von Material ernährte, das von einem nahe gelegenen Stern ausgeworfen wurde. ESA, NASA und Felix Mirabel)

Treffen Sie die Behemoths

Die größten Schwarzen Löcher, die Supermassiven, sind in den Herzen von Galaxien versteckt und enthalten die Masse von Millionen oder Milliarden von Sternen. Sie verbringen zumindest einen Teil ihrer Zeit damit, sich in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft mit Material zu beschäftigen. Die meisten der supermassiven Schwarzen Löcher, von denen Astronomen wissen, sind in Galaxien versteckt, die selbst in Clustern gebündelt sind. Das größte, das bisher gefunden wurde, hat eine Masse von 21 Milliarden Sonnen und befindet sich im Zentrum einer Galaxie im Koma-Cluster. Koma ist ein riesiger Ballungsraum, der 336 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt liegt.

Das Herz des Koma-Galaxienhaufens; Eine der Galaxien enthält das massereichste Schwarze Loch, das jemals gefunden wurde. Dieses HST-Bild zeigt Galaxien und Kugelhaufen, die mit dem Kern des Haufens verbunden sind. NASA / ESA / STScI

Das war nicht der einzige große da draußen. Die Astronomen fanden auch ein 17 Milliarden Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch im Kern einer Galaxie namens NGC 1600, die sich in einem kosmischen Rückstau befindet, in dem nur etwa 20 Galaxien existieren. Da die meisten der wirklich großen Schwarzen Löcher in den "großen Städten" (d. H. In gut besiedelten Galaxienhaufen) leben, können Astronomen feststellen, dass etwas Seltsames passiert sein muss, um es in der aktuellen Galaxie zu erschaffen.

Galaxien und Schwarze Löcher verschmelzen

Also, wie wird ein Monster-Schwarzes Loch in einem Galaxienhaufen einer Kleinstadt versteckt? Eine mögliche Erklärung ist, dass es irgendwann in der fernen Vergangenheit mit einem anderen Schwarzen Loch verschmolzen ist. Früh in der Geschichte des Universums waren Wechselwirkungen mit Galaxien weitaus häufiger und bildeten immer größere aus kleineren.

Galaxienkollisionen tragen zur Bildung von supermassiven Schwarzen Löchern bei. Dieses Bild des Hubble-Weltraumteleskops zeigt eine Kollision, die als Antennen bezeichnet wird. Im Verlauf der Kollision werden Milliarden von Sternen gebildet, und jedes zentrale Schwarze Loch in jeder der kollidierenden Galaxien kann sich zu immer größeren Monstern zusammenschließen. NASA / ESA.STScI

Wenn zwei Galaxien verschmelzen, vermischen sich nicht nur ihre Sterne und Gas und Staub, sondern auch ihre zentralen Schwarzen Löcher (sofern vorhanden und die meisten Galaxien) wandern in den Kern der neu gebildeten, massereicheren Galaxie. Dort kreisen sie umeinander und werden zu einem sogenannten "binären Schwarzen Loch". Alle Sterne oder Wolken aus Gas und Staub sind durch die Anziehungskraft dieser Schwarzen Löcher doppelt gefährdet. Dieses Material kann den Schwarzen Löchern jedoch tatsächlich Schwung geben (vorausgesetzt, es fällt nicht direkt in sie hinein). Wenn das passiert, entkommen die Sterne und lassen die Schwarzen Löcher mit weniger Schwung zurück. Sie rücken näher zusammen und verschmelzen schließlich zu einem riesigen schwarzen Loch. Es wächst weiter, indem es Gas verschlingt, das während der Kollision bis zum Kern gelangt.

Ein massives Schwarzes Loch züchten

Wie wurde das Schwarze Loch des NGC 1600 so massiv? Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt seines frühen Lebens extrem hungrig war und viel Gas und anderes Material angesaugt hat.

Dieser große Appetit könnte auch erklären, warum sich die Wirtsgalaxie in einem so kleinen Haufen befindet, verglichen mit anderen supermassiven Schwarzen Löchern in Galaxien in den Herzen von viel größeren Haufen. NGC 1600 ist die größte und massereichste Galaxie ihrer Gruppe. Es ist auch dreimal heller als alle anderen nahe gelegenen Galaxien. Diesen riesigen Helligkeitsunterschied haben Astronomen in anderen Gruppen nicht gesehen.

Der größte Teil des Gases der Galaxie wurde vor langer Zeit verbraucht, als das Schwarze Loch als brillanter Quasar von Material, das in es strömte und in glühendes Plasma erhitzt wurde, loderte. In der Neuzeit ist das zentrale Schwarze Loch des NGC 1600 relativ ruhig. In der Tat nannten es Astronomen einen "schlafenden Riesen". Das erklärt, warum es in früheren Studien der Galaxie nicht entdeckt worden war. Astronomen stolperten über dieses riesige Monster, als sie die Geschwindigkeiten von Sternen in der Nähe maßen. Das intensive Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs beeinflusst die Bewegungen und Geschwindigkeiten der Sterne. Sobald Astronomen in der Lage waren, diese Geschwindigkeiten zu messen, konnten sie die Masse des Schwarzen Lochs bestimmen.

Wie finden Astronomen überhaupt ein Schwarzes Loch??

Die Astronomen verwendeten spezielle Instrumente am Gemini Observatorium in Hawaii, um das Licht zu untersuchen, das von den Sternen in der Nähe des Schwarzen Lochs in NGC 1600 kommt. Einige dieser Sterne umkreisen das Schwarze Loch und diese Bewegung zeigt sich im Fingerabdruck des Sternenlichts (genannt Spektrum). Andere Sterne hatten Bewegungen, die darauf hinzudeuten scheinen, dass sie sich einmal etwas zu nahe an das Schwarze Loch herangewagt hatten und in einer mehr oder weniger geraden Linie vom Galaxienkern weggeschleudert wurden. Das macht seitdem Sinn Hubble-Weltraumteleskop Daten zeigten auch, dass der Kern sehr schwach war. Das würde man erwarten, wenn das Schwarze Loch Sterne von sich wegwirft. Es ist möglich, dass der Kern des NGC 1600 genug Sterne ausgeworfen hat, um 40 Milliarden Sonnen hervorzubringen. Das sagt den Astronomen, dass im Herzen dieser Galaxie, die etwa 209 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt, ein ziemlich mächtiges und massereiches Schwarzes Loch versteckt ist.

Am Gemini-Observatorium angebrachte Instrumente können verwendet werden, um die Fingerabdrücke von Licht zu untersuchen, das von den Regionen um Schwarze Löcher wie das im NGC 1600 wegströmt. Gemini-Observatorium

Die zentralen Thesen

• Schwarze Löcher gibt es in vielen Galaxien. Die Kerne von Spiralen und Ellipsen enthalten normalerweise supermassereiche Schwarze Löcher.
• Die elliptische Galaxie NGC 1600 hat ein ziemlich massereiches Schwarzes Loch im Herzen.
• Astronomen arbeiten daran zu verstehen, warum diese Galaxie ein so massives Schwarzes Loch hat.

Quellen

• "Ein Blick auf die riesige elliptische Galaxie NGC 1600." HubbleSite - Das Teleskop - Hubble Essentials - Über Edwin Hubble, hubblesite.org/image/3723/news.
• Dunbar, Brian. "Was ist ein Schwarzes Loch?" NASA, NASA, 21. Mai 2015, www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes.