"Binäre Schwarze Löcher sind im Grunde genommen wie riesige Ziele, die in einem kugelförmigen Sternhaufen hängen, und wenn Sie andere Schwarze Löcher oder Sterne auf sie werfen, werden sie diesen verrückten chaotischen Begegnungen ausgesetzt."
Das obige Video - über den MIT-Astrophysiker Carl Rodriguez - zeigt eine Simulation der Dynamik von 50 Schwarzen Löchern im Zentrum eines Kugelsternhaufens. Es zeigt, wie einzelne Schwarze Löcher schließlich eine binäres Schwarzes Loch, wo zwei schwarze Löcher sich gegenseitig umkreisen. Rodriguez hat in den letzten Jahren das Verhalten von Schwarzen Löchern in Kugelhaufen untersucht. Er hat sich gefragt, ob sich ihre Wechselwirkungen von denen von Schwarzen Löchern unterscheiden, die weniger bevölkerte Regionen im Weltraum besetzen. Kürzlich leitete er ein internationales Team von Astrophysikern, dessen Arbeit darauf hindeutet, dass sich Schwarze Löcher in Kugelsternhaufen möglicherweise mehrmals zusammenschließen und verschmelzen. Die Fusionen würden massereichere Schwarze Löcher hervorbringen als jene, die sich aus einzelnen Sternen bilden.
Die Studie wurde am 10. April 2018 im Fachjournal veröffentlicht Physische Überprüfungsschreiben (Online ansehen). Eine Aussage des MIT erklärte:
In ihrer neuen Arbeit berichten Rodriguez und seine Kollegen, dass sie einen Supercomputer namens Quest an der Northwestern University verwenden, um die komplexen, dynamischen Wechselwirkungen innerhalb von 24 Sternhaufen zu simulieren, deren Größe zwischen 200.000 und 2 Millionen Sternen liegt und die eine Reihe unterschiedlicher Dichten abdecken und metallische Zusammensetzungen. Die Simulationen modellieren die Entwicklung einzelner Sterne in diesen Clustern über 12 Milliarden Jahre, nach deren Wechselwirkungen mit anderen Sternen und letztendlich der Bildung und Entwicklung der Schwarzen Löcher. Die Simulationen modellieren auch die Flugbahnen von Schwarzen Löchern, sobald sie sich gebildet haben.
Rodriguez sagte:
Das Schöne ist, weil Schwarze Löcher die massereichsten Objekte in diesen Clustern sind, sinken sie in die Mitte, wo Sie eine ausreichende Dichte an Schwarzen Löchern erhalten, um Binärdateien zu bilden. Binäre Schwarze Löcher sind im Grunde wie riesige Ziele, die im Haufen hängen, und wenn Sie andere Schwarze Löcher oder Sterne auf sie werfen, werden sie diesen verrückten chaotischen Begegnungen ausgesetzt.
Eine Simulation, die eine Begegnung zwischen einem binären Schwarzen Loch (in Orange) und einem einzelnen Schwarzen Loch (in Blau) mit relativistischen Effekten zeigt. Schließlich senden zwei Schwarze Löcher Gravitationswellen aus und verschmelzen zu einem neuen Schwarzen Loch (in Rot). Bild über Northwestern Visualization / Carl Rodriguez / MITNews.
Eine Momentaufnahme einer Simulation, die ein binäres Schwarzes Loch zeigt, das sich in der Mitte eines dichten Sternhaufens gebildet hat. Bild über Northwestern Visualization / Carl Rodriguez / MITNews.
Kugelhaufen sind symmetrische Sternhaufen - Hunderttausende bis Millionen von Sternen -, die in den Lichthöfen von Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße, kreisen. Es wird angenommen, dass diese Cluster die ältesten Sterne einer Galaxie enthalten. Rodriguez sagte:
Wir glauben, dass sich diese Cluster aus Hunderten bis Tausenden von Schwarzen Löchern zusammensetzten, die schnell in der Mitte versanken. Diese Art von Clustern sind im Grunde genommen Fabriken für Schwarzloch-Binärdateien, in denen in einem kleinen Bereich des Raums so viele Schwarze Löcher hängen, dass zwei Schwarze Löcher verschmelzen und ein massiveres Schwarzes Loch erzeugen können. Dann kann dieses neue Schwarze Loch einen anderen Gefährten finden und wieder verschmelzen.
Diese Wissenschaftler bezeichneten den Prozess der Verschmelzung von Schwarzen Löchern in Kugelsternhaufen als Fusionen der zweiten Generation.
M13, der größte und hellste Kugelsternhaufen, der am Himmel der nördlichen Hemisphäre sichtbar ist, gesehen durch ein 8-Zoll-Teleskop. Bild über KuriousGeorge / Wikimedia Commons.
Das Thema binäre Schwarze Löcher war für Astronomen von Interesse, da Wissenschaftler mit den LIGO-Zwillingsdetektoren Anfang 2016 die erste direkte Detektion von Gravitationswellen ankündigten. Es wird angenommen, dass die Wellen von binären Schwarzen Löchern stammen. In einer Erklärung des MIT hieß es:
Wenn LIGO eine Binärzahl mit einer Schwarzlochkomponente erkennt, deren Masse mehr als 50 Sonnenmassen beträgt, besteht nach den Ergebnissen der Gruppe eine gute Chance, dass das Objekt nicht aus einzelnen Sternen, sondern aus einem dichten Sternhaufen stammt.
Rodriguez fügte hinzu:
Wenn wir lange genug warten, wird LIGO irgendwann etwas sehen, das nur von diesen Sternhaufen stammen könnte, denn es wäre größer als alles, was man von einem einzelnen Stern bekommen könnte.