Die Kollision mit einem schwarzen Loch könnte ein unsichtbares Monster durch den Weltraum geschleudert haben

In den letzten Tagen waren wir alle umschmeicheln das glorreiche neue Image des Schwarzen Lochs unserer Milchstraße. Aber für einen Moment möchten wir vielleicht innehalten und einem einsamen Abgrund im ganzen Universum unseren Respekt erweisen, der möglicherweise aus seiner eigenen Galaxie gebootet wurde.

Am Donnerstag – am selben Tag – die Event Horizon Telescope Collaboration brachte uns ein viszerales Bild von Sagittarius A* — Astronomen kündigten an, dass irgendwo im Kosmos zwei Schwarze Löcher mit genug Kraft verschmolzen sein könnten, um die entstehende Leere buchstäblich aus dem Blickfeld zu treten.

Ja, das bedeutet, dass gerade jetzt ein monströser Abgrund durch das Universum stürzen könnte. Aber keine Panik.

„Der Weltraum ist einfach unglaublich groß. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schwarzes Loch auf etwas anderes trifft, ist sehr gering“, sagte Vijay Varma, Postdoktorand am Albert-Einstein-Institut und Hauptautor einer Studie über die verlassene Leere veröffentlicht am 12. Mai in Physical Review Letters. “Praktisch gesehen ist es nur ein freies schwarzes Loch, das nichts tun wird.”

Und laut Varma besteht eine gute Chance, dass diese Fusion mit dem Namen GW200129 das schwarze Loch des Babys nur halb aus seiner Heimat vertrieben hat. „Es ist nicht bekannt, dass das Schwarze Loch notwendigerweise aus seiner Wirtsgalaxie ausgestoßen wurde“, sagte er. „Was wir mit größerer Sicherheit sagen können, ist, dass, wenn das Schwarze Loch in diesen Sternhaufen, die Kugelsternhaufen genannt werden, entstanden ist, es sehr wahrscheinlich aus dem Haufen herausgeschleudert wurde.“

Mit anderen Worten, der ausgelöschte Abgrund hätte die vollständige Isolation umgehen können – aber er befindet sich mit ziemlicher Sicherheit auf einer Art kosmischer Hypergeschwindigkeitsreise.

Reise einer verlorenen Leere

Der Weltraum ist übersät mit Galaxien wie unserer Milchstraße, und Galaxien sind übersät mit Sternen wie unserer Sonne.

Wenn einer dieser Sterne implodiert, wird seine ganze Materie zu einem einzigen Punkt, ein schwarzes Loch gebildet. Und manchmal gibt es intergalaktische Regionen, in denen Sterne gruppieren sich, was die Wahrscheinlichkeit einer Black-Hole-Party erhöht. Diese sich vermischenden Schwarzen Löcher geraten bei diesem gefährlichen Treffen manchmal in einen Walzer und bilden ein sogenanntes binäres Schwarzes-Loch-System, was nur bedeutet, dass zwei von ihnen in einer Umlaufbahn eingeschlossen sind. Schließlich neigen diese Umlaufbahnen dazu, zu kollidieren und die tanzenden bodenlosen Abgründe zu vereinigen.

GW200129 hat all diese Schritte gewissenhaft befolgt und dank des Spatenstichs Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatoriumoder LIGO, haben Forscher kürzlich die Quittungen der Fusion in Form von Gravitationswellen eingefangen.

Aber Varma und sein Team wollten die Reise von GW200129 sogar über die kolossale Fusion hinaus verfolgen durch das Gewebe von Raum und Zeit gekräuselt. Jahrzehntelang, sagt Varma, theoretisierten Experten, dass solche weltraumzerstörenden Vereinigungen von Schwarzen Löchern eine Art Rückstoß erzeugen könnten, der als „Geschwindigkeits-Kick“ bezeichnet wird.

Hier ist, was das ist.

Wenn zwei beliebige Gegenstände zusammenschlagen, sagen die Gesetze der Physik Ihr Schwung muss erhalten bleiben. Der resultierende Gegenstand muss die Summengeschwindigkeit oder -geschwindigkeit der beiden ersteren beibehalten und sich mit einer Nettokraft weiterbewegen. Daher wird angenommen, dass Schwarze Löcher der gleichen Regel folgen und dadurch eine durch Fusionen entstandene Leere mit einer gewissen Geschwindigkeit oder Trittgeschwindigkeit nach außen „treten“. Es ist ein bisschen so, wie wenn man in einem Videospiel eine Waffe abfeuert, gibt es einen Rückstoß, der es schwieriger macht, ein Ziel zu treffen, weil er deinen Charakter herumschubst. Diese nachfolgende Bewegung geschieht aufgrund der Impulserhaltung.

Wenn die Trittgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs der sogenannten „Fluchtgeschwindigkeit“ einer Galaxie entspricht, einfach der Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um diese Galaxie zu verlassen, nun, es würde diese Galaxie verlassen.

Und bei der Berechnung des Geschwindigkeits-„Kicks“ von GW200129 sahen Varma und sein Team, dass es tatsächlich der Fluchtgeschwindigkeit seines Sternhaufens entspricht. “Wenn Sie genauer sein wollen”, bemerkte er, “es wird nicht definitiv entkommen. Es besteht eine 99,5-prozentige Chance zu entkommen.”

„Die Idee, dass diese Schwarzen Löcher Trittgeschwindigkeiten von Tausenden von Kilometern pro Sekunde erreichen können, ist seit etwa 2007 bekannt“, fügte Varma hinzu. “Aber das ist das erste Mal, dass wir das anhand von Gravitationswellen sehen können.”

Das Team sagt, dass GW200129 wahrscheinlich sogar die Fluchtgeschwindigkeitskriterien erfüllt, um sich aus der gesamten Galaxie, in der es lebt, zu vertreiben. „Wir können jedoch nicht identifizieren, aus welcher Galaxie oder welchem ​​Galaxienhaufen es stammt“, sagte Varma, weshalb dieser Teil noch unklar ist. Er gibt der Verschmelzung eine Chance von etwa 85 %, aus einem milchstraßenähnlichen Reich zu entkommen, sagt aber, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sie einer elliptischen Galaxie entkommen ist, weil solche kosmischen Nachbarschaften wirklich hohe Fluchtgeschwindigkeiten haben.

„Wir haben das tatsächlich vor zwei Jahren versucht“, sagte er. „Es war irgendwie enttäuschend zu sehen, dass keines der Signale eine messbare Kickgeschwindigkeit zeigte. Das endlich zu sehen, war sehr erfreulich, und für unser Feld im Allgemeinen hat es ziemlich lange auf sich warten lassen.“

Die Physik der Schwarzen Löcher neu denken

„Wenn wir feststellen, dass große Kicks wie dieser sehr häufig sind, würden wir erwarten, dass Schwarze Löcher nach der ersten Fusion nicht erhalten bleiben“, sagte Varma. Und das, sagt er, würde einer der führenden Theorien widersprechen, warum einige Schwarze Löcher wirklich schwer sind.

Computersimulationen haben gezeigt, dass Supernovae nicht in der Lage sein sollten, Schwarze Löcher mit einer Masse zu erzeugen, die größer als etwa das 45- bis 60-fache unserer Sonne ist. Aber Varma erklärte: „LIGO und Virgo haben tatsächlich solche schwarzen Löcher gefunden.“

“Wo kommst du her?” war eine herausragende Frage für Astronomen.

Ein vorgeschlagener Mechanismus sind nachfolgende Verschmelzungen von Schwarzen Löchern, denn wenn Schwarze Löcher zusammengesetzt sind, ist das resultierende immer größer. Stellen Sie sich Blasen vor, die sich zu größeren Blasen verbinden. Vielleicht gibt es bei Schwarzen Löchern eine Art Blaseneffekt.

Luftblasen

Denken Sie darüber nach, wie sich Blasen verbinden können, um größere Blasen zu bilden. Diese können dann kombiniert werden, um noch größere Blasen zu bilden. Wissenschaftler vermuten, dass Schwarze Löcher dies auch tun könnten.

Getty Images

Aber, wie Varma erklärte, wenn ein Schwarzes Loch, das aus einer Verschmelzung hervorgegangen ist, aus seiner Galaxie oder sogar aus einem Sternhaufen geworfen würde, wäre es wahrscheinlich nicht in der Lage, erneut zu verschmelzen. Es wäre … irgendwie verloren. „Möglicherweise müssen wir unsere astrophysikalischen Modelle überdenken“, sagte er, wenn superhohe Trittgeschwindigkeiten von Verschmelzungen von Schwarzen Löchern allgegenwärtig sind.

Schurkenhafte supermassereiche Schwarze Löcher?

Bisher haben wir in Bezug auf Kickgeschwindigkeiten über Schwarze Löcher gesprochen, die nicht als supermassereich gelten. Supermassereiche Schwarze Löcher sind wie die Motoren, die unser Universum am Laufen halten und jede galaktische Nachbarschaft miteinander verankern. SgrA*, das zum Beispiel unsere Galaxie verankert, ist eine supermassereiche Leere.

Dies führt zu einer stressigen Frage: Können verschmelzende Galaxien, auch bekannt als verschmelzende supermassereiche Schwarze Löcher, einen Geschwindigkeitsschub bringen?

Seite-an-Seite-Schwarze-Löcher

Eine Seite an Seite des Schwarzen Lochs M87*, aufgenommen im Jahr 2019, und SgrA*, abgebildet in diesem Jahr.

EHT-Zusammenarbeit

„In dieser Situation kann das letzte Schwarze Loch tatsächlich aus der gesamten Galaxie ausgestoßen oder aus seinem Zentrum verschoben werden“, sagte Varma. „Das kann zum Beispiel zu Galaxien ohne zentrale supermassereiche Schwarze Löcher führen.“ Wir haben jedoch immer noch keine wirklich konkreten Beweise für einen solchen Vorfall.

Und wenn ein Teil von Ihnen immer noch daran festhält, dass ein Schwarzes Loch durch den Kosmos rast, weil es wahrscheinlich in die Milchstraße schießt, bietet das Forschungsteam der neuen Studie eine zusätzliche Erleichterung. „Diese Frage wird mir oft gestellt“, sagte Varma, „ob wir in der Wettervorhersage schwarze Löcher erwarten sollten. Aber ich meine, wir konnten auch die Richtung der Geschwindigkeit messen.“

„Und in diesem speziellen Fall zeigt es tatsächlich von uns weg.“

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