Wenn drei Galaxien kollidieren, was passiert dann mit den zentralen Schwarzen Löchern, die in den Kernen jeder Galaxie entstehen? Eine neue Studie, bei der das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und mehrere andere Teleskope zum Einsatz kommen, liefert neue Informationen darüber, wie viele Schwarze Löcher nach diesen galaktischen Zerquetschungen übrig bleiben.
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Während es bereits frühere Studien über die Verschmelzung von zwei Galaxien gab, ist jetzt eine der ersten Studien veröffentlicht worden, die systematisch die Konsequenzen für supermassive Schwarze Löcher untersucht, wenn drei Galaxien kollidieren. Die Auswertung der Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und mehrerer anderer Teleskope verrät den Astronomen, wie Galaxien und die riesigen Schwarzen Löcher in ihren Zentren im Laufe der kosmischen Zeit wachsen.
Kollidierende Galaxien, Quelle: NASA/Chandra
Die obige Bildtafel enthält Daten von zwei der sieben galaktischen Kollisionen in der neuen Studie, die zwei supermassereiche Schwarze Löcher enthalten, die nach der Kollision wachsen. Das Verschmelzungspaar ist in Röntgenstrahlen von Chandra (links in lila) und optischen Daten (rechts) von NASAs Hubble Weltraumteleskop und dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) zu sehen. Die Kreise in einer beschrifteten Version des Chandra-Bildes zeigen die Röntgenstrahlung von heißem Gas, das auf jedes Schwarze Loch fällt.
Diese Dreifach-Galaxienverschmelzungen wurden zunächst identifiziert, indem die Daten der SDSS und der NASA-Mission WISE gesichtet und dann mit den Röntgendaten im Chandra-Archiv verglichen wurden. Mit dieser Methode wurden sieben Dreifach-Galaxienverschmelzungen identifiziert, die zwischen 370 Millionen und einer Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt sind.
Mit Hilfe einer speziellen Software ging das Team die Chandra-Daten dieser Systeme durch, um Röntgenquellen zu entdecken, die den Ort wachsender supermassereicher Schwarzer Löcher markieren. Wenn Material in Richtung eines Schwarzen Lochs fällt, wird es auf Millionen von Grad erhitzt und erzeugt Röntgenstrahlen. Die Kombination aus der neuen Software und der scharfen Röntgensicht von Chandra ermöglichte es den Forschern, die Schwarzen Löcher trotz ihrer geringen Entfernung auf den Bildern zu identifizieren.
Das Ergebnis sind sieben Dreifach-Galaxienverschmelzungen: eine mit einem einzelnen wachsenden supermassereichen Schwarzen Loch, vier mit doppelt wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern (zwei davon sind in der Hauptgrafik zu sehen) und eine, die ein Dreifaches ist.
Bei der letzten von ihnen untersuchten Verschmelzung von drei Galaxien scheint keine Röntgenemission von den supermassiven schwarzen Löchern nachgewiesen worden zu sein. Das bedeutet, dass keines der supermassereichen Schwarzen Löcher übrig geblieben ist, das schnell Materie anzieht. In den Systemen mit mehreren Schwarzen Löchern liegen die Abstände zwischen ihnen zwischen etwa 10.000 und 30.000 Lichtjahren.
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Nachdem sie in den Chandra-Daten Hinweise auf helle Röntgenquellen als Kandidaten für wachsende supermassive Schwarze Löcher gefunden hatten, bezogen die Forscher Archivdaten anderer Teleskope wie der WISE-Mission, des Astronomischen Infrarotsatelliten und des Two Micron All Sky Telescope als weitere Überprüfung in den Prozess ein.
Untersuchungen von Dreifachverschmelzungen sollen Wissenschaftlern verstehen helfen, ob sich Paare von supermassereichen Schwarzen Löchern so nahe kommen können, dass sie Wellen in der Raumzeit erzeugen, die Gravitationswellen genannt werden. Die Energie, die durch diese Wellen verloren geht, führt unweigerlich dazu, dass die Schwarzen Löcher verschmelzen.
(Quelle: YouTube)
Adi Foord präsentierte die neue Studie, an der sie im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der University of Michigan gearbeitet hat, auf der 237. Tagung der American Astronomical Society, die vom 11. bis 15. Januar 2021 virtuell stattfindet. Zwei Arbeiten, die diese Arbeit beschreiben, wurden kürzlich zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal angenommen und Vorabdrucke sind hier und hier verfügbar.
