Astronomen haben die ersten starken Beweise dafür enthüllt, dass Fusionsereignisse zwischen Schwarzen Löchern einen “Kick” auslösen können, der stark genug ist, um ein Schwarzes Loch aus seiner Galaxie herauszuschleudern.
Das Team, zu dem Vijay Varma gehörte, ein Physiker am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut in Deutschland, untersuchte Gravitationswellendaten eines Fusionsereignisses namens GW200129, das von Detektoren von LIGO und seinem europäischen Gegenstück Virgo gesammelt wurde. Durch diese Analyse haben Wissenschaftler das herausgefunden Schwarzes Loch Die bei dieser Kollision entstandene Fusion wurde schnell mit 3 Millionen Meilen pro Stunde (4,8 Millionen Kilometer pro Stunde) durch den Weltraum geschickt – eine Entdeckung, die ein Teammitglied als „plötzlich und schockierend“ beschrieb.
„Wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren, hinterlassen sie ein viel massiveres Schwarzes Loch und Überreste”, sagte Varma, Hauptautor einer Forschungsarbeit, die die Arbeit des Teams detailliert beschreibt, gegenüber Space.com. „Dieser Prozess kann eine Rückstreuung auf das verbleibende Schwarze Loch übertragen .” .
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Wenn Schwarze Löcher einander umkreisen, emittieren sie Gravitationswellen Hauptsächlich Gravitationsstrahlung – die Energie und Drehimpuls wegträgt, während sie sich durch das Gewebe des Weltraums kräuselt. Diese Emissionen lassen die Umlaufbahn schrumpfen, wodurch Schwarze Löcher kollidieren und verschmelzen.
Wenn Schwarze Löcher jedoch ungleichmäßige Massen haben oder rotieren, führt dies zu einer Asymmetrie in der Abstrahlung von Gravitationswellen, da diese hauptsächlich in eine Richtung abgestrahlt werden. Da die Grundgesetze der Physik die Erhaltung des Impulses erfordern, führt diese Asymmetrie zu einem enormen Stoß, der das verbleibende Schwarze Loch dazu bringt, in die entgegengesetzte Richtung zu springen.
Verschmelzungen von Schwarzen Löchern geben auch Gravitationsstrahlung ab, ähnlich wie astrophysikalische Prozesse, die Gravitationsstrahlung abgeben. elektromagnetische Strahlung – Licht“, fuhr Pharma fort.
Diese großen Tritte werden erwartet, wenn die Orbitalebene der Fusion vorrückt oder „wackelt“. Orbitalbewegung kann als kleine Modulation der Amplitude im Gravitationswellensignal beobachtet werden. „Dieses binäre Schwarze-Loch-System ist auch das erste, das starke Anzeichen einer Orbitalbewegung zeigt, wenn die Orbitalebene oszilliert“, sagte Co-Autor Scott Field, ein Mathematiker an der University of Massachusetts Dartmouth, gegenüber Space.com.
Varma fügte hinzu, dass Astronomen und Astrophysiker durch die Analyse der Gravitationsstrahlung etwas über die Verschmelzung von Schwarzen Löchern lernen können. Da Schwarze Löcher außerdem einen Einfluss auf die Entwicklung von Galaxien haben, könnte das Wissen über diese Prozesse zeigen, wie Gruppen von Sternen wie z Milchstraße Sich entwickeln.
Dies ist das erste Mal, dass Astronomen starke Beweise dafür gesammelt haben, dass eine solche Fusion das resultierende Schwarze Loch aus seiner Galaxie ausstoßen könnte.
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„Im Gegensatz zu zuvor beobachteten Verschmelzungsereignissen von Schwarzen Löchern ist dies das erste Ereignis, das einen starken Beweis für die enorme Rückprallgeschwindigkeit liefert. Tatsächlich groß genug, dass das verbleibende Schwarze Loch wahrscheinlich aus seiner Wirtsumgebung entkommen kann“, sagte Field. „Obwohl wir wussten, dass die allgemeine Relativitätstheorie solche extremen Möglichkeiten im Prinzip zulässt, wussten wir nicht, ob das Universum sie hervorbringen würde. Die Endgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs ist groß genug, dass sie wahrscheinlich die Fluchtgeschwindigkeit der Wirtsumgebung übersteigt.“
Field fügte hinzu, dass dieses Ergebnis auch wichtige Auswirkungen auf Szenarien zur Entstehung binärer Schwarzer Löcher haben wird. Dies liegt an supermassiven Schwarzen Löchern, wie z Schütze A* (Sgr A*) im Herzen der Milchstraße, gebildet durch eine Reihe von Kollisionen, die Wissenschaftler hierarchische Verschmelzungen nennen. Schwarze Löcher, die von der Galaxie emittiert werden, können an diesem Prozess nicht teilnehmen.
Die Fusionen, die schwarzen Löchern einen Schuh geben
Die Erkennung von Verschmelzungen, die nicht ausgewogen genug sind, um Schwarzen Löchern Auftrieb zu geben, ist jetzt dank einer Technologie möglich, die eine genauere Erkennung von Gravitationswellen ermöglicht.
„Verschmelzungen von Schwarzen Löchern senden kein Licht aus, daher sind Gravitationswellen die einzige Möglichkeit, sie zu erkennen und zu identifizieren“, fügte Field hinzu.
Wissenschaftler sind sich nicht sicher, woher das Gravitationswellenereignis GW200129 genau stammt, daher stellt Field fest, dass das Team nicht ganz sicher sein kann, dass das Schwarze Loch seine Galaxie verlassen hat, aber das ist das wahrscheinliche Ergebnis dessen, dass es sich dementsprechend mit so extremen Geschwindigkeiten bewegt. für Forscher.
„Wenn dies tatsächlich der Fall ist, wandert es jetzt allein als schwarzes Loch im Universum umher“, sagte Varma.
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Er schlug vor, dass die Fusion, die hier stattfand, ein Mikrokosmos eines dramatischeren Ereignisses sein könnte. „Ein ähnliches Phänomen tritt auf, wenn supermassereiche Schwarze Löcher verschmelzen, was nach einer galaktischen Verschmelzung passieren kann“, sagte Varma. „Das letzte supermassereiche Schwarze Loch könnte sich aus dem Zentrum einer verschmelzenden Galaxie lösen oder sogar daraus hervorkommen und eine Galaxie ohne ein zentrales Schwarzes Loch zurücklassen.“
Obwohl die derzeitigen Gravitationswellendetektoren nicht leistungsfähig genug sind, um die Verschmelzung supermassiver Schwarzer Löcher zu überwachen, fügen die Autoren hinzu, dass zukünftige weltraumgestützte Detektoren, wie die Mission Laser Interferometer Antenna (LISA), dazu in der Lage sein könnten.
„Die Gravitationswellenastronomie hat in den letzten fünf Jahren viele wirklich beeindruckende und wunderbare Entdeckungen gemacht“, sagte Field. „Vor dem ersten Nachweis von Gravitationswellen war das Motto unseres Forschungsgebiets, dass Gravitationswellen ein neues Fenster ins Universum öffnen würden. Und das hat sich mit jeder neuen Runde von LIGO-Beobachtungen als wahr erwiesen.“
Die Suche ist beschrieben in Papier (Öffnet in einem neuen Tab) Veröffentlicht am 12. Mai in Physical Review Letters.
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