Die künstlerische Darstellung eines supermassiven schwarzen Lochs (Bildnachweis: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
Und Sie dachten, die Rushhour sei die Hölle auf Erden! Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass an einigen „kosmischen Kreuzungen“ die „Ampeln“ ausgefallen sind, so dass Kollisionen mit schwarzen Löchern fast unvermeidlich sind.
Im Herzen aller großen Galaxien befinden sich kosmische Monster, die als supermassive schwarze Löcher bezeichnet werden, riesige Hohlräume, die alles in den Galaxien selbst umwirbeln. Dieses wirbelnde Verhalten beeinflusst Dinge wie die Materiescheiben, an denen sich der galaktische Titan labt, Sterne und ihre Systeme – und faszinierenderweise sogar andere Schwarze Löcher, wenn auch kleinere mit stellarer Masse.
Es scheint auch, dass ein solches Verhalten um supermassereiche Schwarze Löcher kosmische „Staus“ verursachen kann, und diese Staus könnten tatsächlich dazu beitragen, die Umlaufbahnen stellarmassereicher Schwarzer Löcher zu verlangsamen. Die betroffenen schwarzen Löcher, die nun nicht mehr durch die Gegend rasen, könnten gezwungen sein, miteinander zu kollidieren, zu verschmelzen und ein größeres Tochterschwarzes Loch zu bilden.
Dank des immensen Gravitationseinflusses des stauverursachenden supermassiven Schwarzen Lochs, eines Ungetüms, das eine millionen- (oder sogar milliardenfache) Sonnenmasse aufweisen kann, wiederholt sich dieser Prozess dann. Dies führt zu noch mehr Kollisionen mit Schwarzen Löchern, die im Laufe der Zeit immer größere Schwarze Löcher mit Sternmassen zwischen drei und einigen hundert Sonnenmassen erzeugen.
All dies bedeutet, dass die Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs perfekt ist, um das Wachstum anderer Schwarzer Löcher zu begünstigen.
Einige supermassereiche Schwarze Löcher sind von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, die als Akkretionsscheibe bezeichnet wird und die das Schwarze Loch allmählich ernährt. Die Schwerkraft supermassereicher Schwarzer Löcher erzeugt in diesen Akkretionsscheiben starke Gezeitenkräfte, die sie hell aufleuchten lassen und eine Region schaffen, die als Aktiver Galaktischer Kern (AGN) bezeichnet wird.
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Die neuen Erkenntnisse über den Stau stammen von einem Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Monash University, die die Dynamik von Akkretionsscheiben und die darin eingebetteten Schwarzen Löcher untersucht haben.
Wenn Schwarze Löcher mit stellarer Masse in diesen Akkretionsscheiben sitzen, können ihre Wechselwirkungen mit dem sie umgebenden Gas dazu führen, dass sie durch die Scheibe wandern. Das Team stellt die Theorie auf, dass dies dazu führt, dass sich Schwarze Löcher mit stellarer Masse in Regionen ansammeln, die sie „Migrationsfallen“ nennen. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwei stellarmasse Schwarze Löcher aufeinander treffen, kollidieren und aufgrund des Staus in diesen Regionen verschmelzen, größer als irgendwo sonst in der umgebenden Galaxie.
Eine Illustration des Zusammenstoßes und der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher, wie sie an stark befahrenen kosmischen Kreuzungen ohne funktionierende Ampeln vorkommen können. (Bildnachweis: Das SXS-Projekt (Simulating eXtreme Spacetimes))Der Leiter des Teams und Forscher an der Monash University School of Physics and Astronomy, Evgeni Grishin, ging mit der Analogie zum Verkehrsstau noch einen Schritt weiter und verglich diese Migrationsfallen für schwarze Löcher mit stellarer Masse um supermassive schwarze Löcher mit verkehrsreichen Kreuzungen ohne funktionierende Ampeln hier auf der Erde.
„Wir haben uns angesehen, wie viele und wo wir diese belebten Kreuzungen haben“, sagte Grishin. „Thermische Effekte spielen bei diesem Prozess eine entscheidende Rolle und beeinflussen die Lage und Stabilität von Migrationsfallen. Eine Folge davon ist, dass wir in aktiven Galaxien mit großer Leuchtkraft keine Migrationsfallen sehen.“
Die Ergebnisse des Teams haben nicht nur wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Art und Weise, wie Verschmelzungen zwischen stellaren Schwarzen Löchern ablaufen, sondern da diese Verschmelzungen einen Ausbruch winziger Wellen in der Raumzeit erzeugen, die als Gravitationswellen bezeichnet werden, könnten die Ergebnisse auch dazu beitragen, die Gravitationswellenastronomie weiter voranzubringen.
„Wir sind begeistert von den Ergebnissen, und wir sind nun einen Schritt näher an der Entdeckung, wo und wie schwarze Löcher in galaktischen Kernen verschmelzen“, schloss Grishin. „Die Zukunft der Gravitationswellenastronomie und der Erforschung aktiver galaktischer Kerne ist äußerst vielversprechend.
„Trotz dieser bedeutenden Erkenntnisse bleibt vieles über die Physik der Schwarzen Löcher und ihrer Umgebung unbekannt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
