Wissenschaftler, die Beobachtungen vom Neil Gehrels Swift-Observatorium der NASA verwenden, haben zum ersten Mal das Signal von einem Paar gigantischer schwarzer Löcher entdeckt, das eine Gaswolke im Zentrum einer Galaxie stört.
„Es handelt sich um ein sehr seltsames Ereignis, genannt AT 2021hdr, das alle paar Monate wiederkehrt,“ sagte Lorena Hernández-García, eine Astrophysikerin am Millennium Institute of Astrophysics, dem Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to Explore Supermassive Black Holes und der Universität von Valparaíso in Chile. „Wir glauben, dass eine Gaswolke die schwarzen Löcher umhüllte. Während sie sich umeinander bewegen, interagieren die schwarzen Löcher mit der Wolke, stören und verbrauchen deren Gas. Dies erzeugt ein oszillierendes Muster im Licht des Systems.“
Ein Papier über AT 2021hdr, geleitet von Hernández-García, wurde am 13. November im Journal Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.
Die beiden schwarzen Löcher befinden sich im Zentrum einer Galaxie namens 2MASX J21240027+3409114, die 1 Milliarde Lichtjahre entfernt im nördlichen Sternbild Schwan liegt. Das Paar ist etwa 16 Milliarden Meilen (26 Milliarden Kilometer) voneinander entfernt, nahe genug, dass Licht nur einen Tag benötigt, um zwischen ihnen zu reisen. Zusammen haben sie eine Masse, die 40 Millionen Mal so groß ist wie die unserer Sonne.
Wissenschaftler schätzen, dass die schwarzen Löcher alle 130 Tage eine Umlaufbahn vollenden und in etwa 70.000 Jahren kollidieren und verschmelzen werden.
AT 2021hdr wurde erstmals im März 2021 von der ZTF (Zwicky Transient Facility), geleitet von Caltech am Palomar-Observatorium in Kalifornien, entdeckt. Es wurde als potenziell interessante Quelle von ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events) gekennzeichnet. Dieses multidisziplinäre Team kombiniert Werkzeuge der künstlichen Intelligenz mit menschlicher Expertise, um Ereignisse am Nachthimmel der astronomischen Gemeinschaft zu melden, indem die riesigen Datenmengen von Durchmusterungsprogrammen wie ZTF genutzt werden.
„Obwohl dieser Ausbruch ursprünglich als Supernova betrachtet wurde, ließen uns Ausbrüche im Jahr 2022 über andere Erklärungen nachdenken,“ sagte Mitautorin Alejandra Muñoz-Arancibia, ein ALeRCE-Teammitglied und Astrophysikerin am Millennium Institute of Astrophysics und dem Zentrum für Mathematische Modellierung an der Universität von Chile. „Jedes nachfolgende Ereignis hat uns geholfen, unser Modell dessen, was im System vor sich geht, zu verfeinern.“
Seit dem ersten Ausbruch hat ZTF alle 60 bis 90 Tage Ausbrüche von AT 2021hdr registriert.
Hernández-García und ihr Team beobachten die Quelle seit November 2022 mit Swift. Swift half ihnen zu bestimmen, dass das Binärsystem Oszillationen im ultravioletten und Röntgenlicht auf den gleichen Zeitskalen produziert, wie ZTF sie im sichtbaren Bereich sieht.
Die Forscher führten eine Art Goldilocks-Ausschluss von verschiedenen Modellen durch, um zu erklären, was sie in den Daten sahen.
Zunächst dachten sie, dass das Signal das Nebenprodukt normaler Aktivitäten im galaktischen Zentrum sein könnte. Dann erwogen sie, ob ein Ereignis der Gezeitenstörung — die Zerstörung eines Sterns, der einem der schwarzen Löcher zu nahe kam — die Ursache sein könnte.
Schließlich einigten sie sich auf eine andere Möglichkeit, die Gezeitenstörung einer Gaswolke, die größer als das Binärsystem selbst war. Als die Wolke den schwarzen Löchern begegnete, riss die Schwerkraft sie auseinander und bildete Filamente um das Paar, und Reibung begann, sie zu erhitzen. Das Gas wurde besonders dicht und heiß in der Nähe der schwarzen Löcher. Während das Binärsystem sich dreht, wirft das komplexe Zusammenspiel der Kräfte bei jeder Rotation einen Teil des Gases aus dem System. Diese Interaktionen erzeugen das fluktuierende Licht, das Swift und ZTF beobachten.
Hernández-García und ihr Team planen, die Beobachtungen von AT 2021hdr fortzusetzen, um das System besser zu verstehen und ihre Modelle zu verbessern. Sie sind auch daran interessiert, die Heimatgalaxie des Systems zu studieren, die sich derzeit mit einer anderen nahegelegenen Galaxie vereint — ein Ereignis, das erstmals in ihrem Papier berichtet wurde.
„Da Swift sich seinem 20. Jahrestag nähert, ist es unglaublich zu sehen, welche neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse es der Gemeinschaft immer noch ermöglicht,“ sagte S. Bradley Cenko, Swifts leitender Wissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Es gibt noch so viel, was es uns über unser sich ständig veränderndes Universum lehren kann.“
Die Missionen der NASA sind Teil eines wachsenden, weltweiten Netzwerks, das den Himmel nach Veränderungen beobachtet, um Rätsel zu lösen, wie das Universum funktioniert.
Goddard verwaltet die Swift-Mission in Zusammenarbeit mit Penn State, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico und Northrop Grumman Space Systems in Dulles, Virginia. Weitere Partner sind die Universität von Leicester und das Mullard Space Science Laboratory im Vereinigten Königreich, das Brera-Observatorium in Italien und die italienische Weltraumagentur.
Source: NASA
Original text: By Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.