Pulsierendes Licht könnte auf die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher hinweisen

Eine frühere Illustration zweier Schwarzer Löcher, die gravitativ aneinander gebunden sind. (NASA)
Eine frühere Illustration zweier Schwarzer Löcher, die gravitativ aneinander gebunden sind. (NASA)

Wenn zwei Galaxien in die letzten Stadien einer Verschmelzung eintreten, werden die beiden supermassiven Schwarzen Löcher ein Doppelsystem bilden, das einander umkreist und gravitativ aneinander gebunden ist, so haben Forscher vermutet. In einer neuen Studie präsentieren Astronomen der University of Maryland in College Park direkte Beweise für einen pulsierenden Quasar, welche die Existenz solcher Doppelsysteme untermauern könnten.

“Wir denken, wir haben zwei supermassive Schwarze Löcher in einem geringerem Abstand zueinander beobachtet als jemals zuvor”, sagte Suvi Gezari, Assistenzprofessorin für Astronomie an der University of Maryland und Co-Autorin der Studie. “Dieses Paar Schwarzer Löcher könnte einander so nah sein, dass sie Gravitationswellen emittieren, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorausgesagt wurden.”

Die Studie wurde am 14. April 2015 online in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. Die Entdeckung könnte Licht darauf werfen, wie oft sich Schwarze Löcher nahe genug kommen, um ein gravitativ gebundenes Doppelsystem zu bilden und letztendlich miteinander zu verschmelzen.

Schwarze Löcher ziehen Materie an, die sich beschleunigt und aufheizt, wobei sie elektromagnetische Energie emittiert und einige der hellsten Leuchtfeuer am Himmel erschafft: Quasare. Wenn sich zwei Schwarze Löcher als Doppelsystem umkreisen, absorbieren sie Materie periodisch. Das führte Theoretiker zu der Vermutung, dass der Quasar des Doppelsystems durch periodisches Ansteigen der Helligkeit und Abschwächen darauf reagieren würde.

Die Forscher führten eine systematische Suche nach sogenannten veränderlichen Quasaren durch, wofür sie den Medium Deep Survey des Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS1) nutzten. Dieses auf dem Gipfel des Haleakala (Hawaii) stehende Teleskop fotografierte alle drei Tage die gleiche Himmelsregion und sammelte im Verlauf von vier Jahren hunderte Datenpunkte für jedes Objekt.

In diesen Daten fanden die Astronomen den Quasar PSO J334.2028+01.4075, der ein sehr großes Schwarzes Loch von fast zehn Milliarden Sonnenmassen enthält und ein periodisches optisches Signal emittiert, das sich alle 542 Tage wiederholt. Das Signal des Quasars war ungewöhnlich, weil die Lichtkurven der meisten Quasare nicht rhythmisch sind. Um seine Entdeckung zu bestätigen, führte das Forschungsteam umfangreiche Berechnungen und Simulationen durch. Die Wissenschaftler untersuchten dafür zusätzliche Daten, darunter fotometrische Daten des Catalina Real-Time Transient Survey und spektroskopische Daten des FIRST Bright Quasar Survey.

“Die Entdeckung eines kompakten Kandidaten für ein Doppelsystem aus supermassiven Schwarzen Löchern wie PSO J334.2028+01.4075, dessen Umlaufbahnen so nah aneinander zu liegen scheinen, ergänzt unser begrenztes Wissen über die Endstadien der Verschmelzung von supermassiven Schwarzen Löchern”, sagte der Doktorand Tingting Liu von der University of Maryland, der Erstautor der Abhandlung.

Die Forscher planen, die Suche nach neuen veränderlichen Quasaren fortzusetzen. Ab dem Jahr 2023 könnte ihre Suche von dem Large Synoptic Survey Telescope unterstützt werden, das erwartungsgemäß ein viel größeres Himmelsgebiet absuchen wird und die Positionen tausender verschmelzender, supermassiver Schwarzer Löcher am Nachthimmel lokalisieren könnte.

“Diese Teleskope erlauben uns, ein Video über die Entwicklung dieser Systeme anzuschauen”, sagte Liu. “Wirklich toll ist, dass wir möglicherweise in der Lage sein werden zu beobachten, wie der Abstand der Umlaufbahnen dieser supermassiven Schwarzen Löcher kleiner und kleiner wird, bis sie miteinander verschmelzen.”

Neben Gezari und Liu wirkten auch Sebastien Heinis von der University of Maryland und der Astronom Eugene Magnier als Autoren an der Studie mit. Beide trugen zu den fotometrischen Daten bei, die in der Studie verwendet wurden.

Diese Forschungsarbeit wurde vom Pan-STARRS1 Science Consortium (zu dessen Mitgliedern die University of Maryland gehört), der NASA (Award No. NNX08AR22G) und der National Science Foundation (Award No. AST-1238877) unterstützt. Der Inhalt dieses Artikels spiegelt nicht zwingend die Ansichten der genannten Organisationen wider.

Die Abhandlung “A Periodically Varying Luminous Quasar at z = 2 from the Pan-STARRS1 Medium Deep Survey: A Candidate Supermassive Black Hole Binary in the Gravitational Wave-driven Regime” von Tingting Liu, Suvi Gezari, Sebastien Heinis, Eugene A. Magnier, William S. Burgett, Kenneth Chambers, Heather Flewelling, Mark Huber, Klaus W. Hodapp, Nicholas Kaiser, Rolf-Peter Kudritzki, John L. Tonry, Richard J. Wainscoat und Christopher Waters erschien am 14. April 2015 online in den Astrophysical Journal Letters.

Quelle: https://cmns.umd.edu/news-events/features/2969

(THK)

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