Eine riesige Anzahl supermassereicher Schwarzer Löcher durchstreift das Universum

Eine riesige Anzahl supermassereicher Schwarzer Löcher durchstreift das Universum
Eine riesige Anzahl supermassereicher Schwarzer Löcher durchstreift das Universum
Anonim

Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich normalerweise mehr oder weniger stationär in den Zentren von Galaxien. Aber nicht alle dieser erstaunlichen Weltraumobjekte bleiben an Ort und Stelle; einige von ihnen fliegen wie Raumfahrer durch Galaxien.

Wir nennen solche Schwarzen Löcher "Wanderer", und sie sind weitgehend theoretisch, weil sie schwer (aber nicht unmöglich) zu beobachten und daher zu quantifizieren sind. Aber eine neue Reihe von Simulationen ermöglichte einem Team von Wissenschaftlern herauszufinden, wie viele Wanderer es geben sollte und wo sie sich befinden – was uns wiederum helfen könnte, sie im Universum zu finden.

Dies könnte wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis davon haben, wie supermassive Schwarze Löcher entstehen und wachsen – Monster, die millionen- und milliardenfach so groß sind wie unsere Sonne – ein Vorgang, der von Geheimnissen umgeben ist.

Kosmologen glauben, dass sich supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) in den Kernen aller – oder zumindest der meisten – Galaxien im Universum befinden. Die Masse dieser Objekte ist normalerweise ungefähr proportional zur Masse der zentralen galaktischen Ausbuchtung um sie herum, was darauf hindeutet, dass die Entwicklung des Schwarzen Lochs und seiner Galaxie irgendwie zusammenhängt.

Die Wege zur Bildung supermassereicher Schwarzer Löcher sind jedoch unklar. Wir wissen, dass Schwarze Löcher mit stellarer Masse durch den Kollaps des Kerns massereicher Sterne entstehen, aber dieser Mechanismus funktioniert nicht für Schwarze Löcher, deren Masse etwa das 55-fache der Sonnenmasse beträgt.

Astronomen glauben, dass SMBHs aus der Akkretion von Sternen, Gas und Staub und Verschmelzungen mit anderen Schwarzen Löchern entstehen (sehr groß in den Kernen anderer Galaxien, wenn diese Galaxien kollidieren).

Aber kosmologische Zeitlinien unterscheiden sich stark von unseren menschlichen Zeitlinien, und es kann sehr lange dauern, bis zwei Galaxien kollidieren. Dies macht das potenzielle Fenster für die Unterbrechung des Fusionsprozesses ziemlich groß, und der Prozess kann verzögert oder sogar vollständig verhindert werden, was zum Auftreten dieser "Wanderer" - Schwarzen Löcher - führt.

Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Angelo Ricarte vom Harvard und Smithsonian Astrophysics Center nutzte kosmologische Simulationen von Romulus, um abzuschätzen, wie oft dies in der Vergangenheit passierte und wie viele Schwarze Löcher heute wandern würden.

Diese Simulationen verfolgen unabhängig voneinander die Bahnentwicklung von Paaren supermassereicher Schwarzer Löcher, was bedeutet, dass sie vorhersagen können, welche Schwarzen Löcher es am wahrscheinlichsten in das Zentrum ihrer neuen galaktischen Heimat schaffen, wie lange es dauern wird und wie viele davon werde nie dort ankommen. …

"Romulus sagt voraus, dass sich viele supermassive Schwarze-Loch-Binare nach Milliarden von Jahren der Orbitalentwicklung bilden werden, und einige SMBHs werden es nie bis ins Zentrum schaffen", schreiben die Forscher in ihrer Arbeit.

"Als Ergebnis stellte sich heraus, dass Romulus in Galaxien mit der Masse der Milchstraße durchschnittlich 12 supermassereiche Schwarze Löcher hat, die normalerweise in der Halo-Region weit vom galaktischen Zentrum wandern."

Im frühen Universum, bis zu etwa 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall, entdeckte das Team, dass wandernde supermassive Schwarze Löcher in galaktischen Kernen diese sowohl zahlenmäßig übertreffen als auch verdunkeln. Dies bedeutet, dass sie den größten Teil des Lichts erzeugen, das wir von Material um aktive supermassereiche Schwarze Löcher erwarten, das hell leuchtet, wenn es umkreist und in Richtung des Schwarzen Lochs fließt.

Sie bleiben nahe ihrer ursprünglichen Masse – das heißt der Masse, bei der sie sich gebildet haben – und stammen wahrscheinlich von kleinen Satellitengalaxien, die größere Galaxien umkreisen.

Und einige Wanderer sollte es laut Modellierung heute geben. Es sollte ziemlich viele davon im lokalen Universum geben.

„Wir fanden heraus, dass die Zahl der wandernden Schwarzen Löcher ungefähr linear mit der Masse des Halos ist, daher erwarten wir Tausende von wandernden Schwarzen Löchern in den Halos galaktischer Cluster“, schreiben die Forscher.

"Auf lokaler Ebene machen diese wandernden Löcher etwa 10 Prozent der lokalen Massenverteilung von Schwarzen Löchern aus, nachdem die Masse der Sterne berücksichtigt wurde."

Diese Schwarzen Löcher müssen nicht unbedingt aktiv und daher sehr schwer zu entdecken sein. In der kommenden Arbeit wird sich das Team detailliert mit möglichen Beobachtungen dieser verlorenen Wanderer befassen.

Dann müssen wir nur noch die verlorenen Schwarzen Löcher mit Sternmasse und Zwischenmasse finden …

Die Studie wurde in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

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