2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Astronomen haben herausgefunden, dass Verschmelzungen von Schwarzen Löchern von einem Blitz im elektromagnetischen Bereich begleitet werden können. Dies sollte im Falle einer Verschmelzung stellarer Massenobjekte in Umlaufbahnen um supermassereiche Schwarze Löcher geschehen, und neuere Schätzungen deuten auf eine spürbare Wahrscheinlichkeit solcher Verschmelzungen hin, schreiben die Autoren in The Astrophysical Journal Letters.
Gravitationsantennen registrieren periodische Schwingungen der Raumzeit, die auftreten, wenn massive kompakte Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne verschmelzen. Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern werden jedoch in erster Linie durch ihre Massen und Spins bestimmt. Wenn solche Körper im Vakuum kollidieren, sollte daher kein Signal anderer Strahlungsarten auftreten. Dies erschwert die Untersuchung dieser Objekte, da derzeit der Großteil der Informationen in der Astronomie durch elektromagnetische Wellen gewonnen wird.
Wenn die Verschmelzung von Schwarzen Löchern jedoch von dichten Schichten gewöhnlicher Materie umgeben ist, kann theoretisch ein wahrnehmbares Signal entstehen. Diese Situation lässt sich beispielsweise in einer Akkretionsscheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch realisieren. Jüngsten Arbeiten zufolge können sich in diesem Bereich kleine Schwarze Löcher mit stellarer Masse ansammeln, die dann verschmelzen und von heißen Plasmaströmen umgeben sind.
In der Arbeit von Astrophysikern aus den USA und Großbritannien unter Beteiligung von Barry McKernan vom American Museum of Natural History wird die Energiefreisetzung elektromagnetischer Wellen und die Möglichkeit ihrer Registrierung im Falle einer solchen Fusion geschätzt. Der Grund für das Auftreten von Strahlung liegt in der Kollision von Gasströmen nach der Verschmelzung, da die Masse des entstehenden Schwarzen Lochs merklich geringer ist als die Summe der Anfangsmassen und auch in der zu erwartenden hohen Geschwindigkeit seiner Bewegung.
Der Bereich des Weltraums, der von der Schwerkraft eines astronomischen Objekts dominiert wird, wird seine Hill-Kugel genannt. Der Radius dieser Zone für ein System aus zwei Schwarzen Löchern vor der Verschmelzung fällt größer aus als für das Produkt ihrer Verschmelzung, da ein Teil der Masse (normalerweise etwa fünf Prozent) für die Erzeugung von Gravitationsstrahlung aufgewendet wird. Eine schnelle Änderung des Hügelradius hat mehrere Konsequenzen.
Erstens bewegt sich ein Teil des Gases, das sich zuvor in stabilen Bahnen befand, jetzt zu schnell, um vom neuen Schwarzen Loch gehalten zu werden - dieses Material wird beginnen, sich vom Massenzentrum zu bewegen und mit dem weiter entfernten Teil der Akkretionsscheibe des supermassives Schwarzes Loch. Zweitens befindet sich ein Teil des Gases jetzt außerhalb der Hill-Kugel und wird auch mit größeren Strömungen in der Hauptscheibe interagieren. Drittens wird das neue Schwarze Loch schnell einen Teil des Gases mit langsamer Rotation absorbieren, nachdem sich die Störung durch die umgebende Materie ausgebreitet hat. Ein separater Effekt tritt bei der schnellen Bewegung eines neuen Schwarzen Lochs auf - in diesem Fall wird das Gas dem massereichen Objekt folgen, erfährt jedoch einen großen Widerstand durch die umgebende ungestörte Scheibenmaterie.
All diese Effekte sollten dazu führen, dass ein kleiner heller Fleck vor dem Hintergrund der Strahlung der Akkretionsscheibe eines supermassereichen Schwarzen Lochs erscheint. Dieser Vorgang lässt sich am einfachsten erkennen, wenn der anfängliche Hill-Radius größer als die Dicke der Scheibe war - in diesem Fall bildet sich tatsächlich ein Loch, das sich schnell mit Gas füllt, was zu einer Stoßwelle und a kurzer Strahlungsausbruch. Wenn der Hill-Radius kleiner als die Dicke der Scheibe war, dann hängt das Ergebnis stark von ihrer Transparenz ab. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass man am ehesten den Blitz im ultravioletten Bereich fixieren kann.
Die gleichzeitige Beobachtung der Verschmelzung von Schwarzen Löchern in Form von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung wird die Genauigkeit der Bestimmung der Parameter des Systems wie der Koordinaten und Massen von Objekten erheblich erhöhen. Dies wird genauere Modelle der laufenden Prozesse ermöglichen und die Entwicklung von Gravitationsantennen vorantreiben.
Zuvor konnten Wissenschaftler die Rotation supermassereicher Schwarzer Löcher mit Gravitationslinsen messen, gegenläufige Scheiben in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs finden und Planeten um sie herum bilden lassen.
