Hebben superzware zwarte gaten vrienden? De aard van de vorming van sterrenstelsels suggereert dat het antwoord ja is, En in feite, paren superzware zwarte gaten zouden normaal moeten zijn in het universum.

Ik ben een astrofysicus en ben geïnteresseerd in een breed scala aan theoretische problemen in de astrofysica, van de vorming van de allereerste sterrenstelsels tot de zwaartekrachtinteracties van zwarte gaten, sterren en zelfs planeten. Zwarte gaten zijn intrigerende systemen, en superzware zwarte gaten en de dichte stellaire omgevingen die hen omringen vertegenwoordigen een van de meest extreme plaatsen in ons universum.

Het superzware zwarte gat dat op de loer ligt in het centrum van onze melkweg, genaamd Sgr A*, heeft een massa van ongeveer 4 miljoen keer die van onze zon. Een zwart gat is een plek in de ruimte waar de zwaartekracht zo sterk is dat er geen deeltjes of licht uit kunnen ontsnappen. Omringend Sgr A* is een dichte cluster van sterren. Dankzij nauwkeurige metingen van de banen van deze sterren konden astronomen het bestaan ​​van dit superzware zwarte gat bevestigen en de massa ervan meten. Al meer dan 20 jaar, wetenschappers hebben de banen van deze sterren rond het superzware zwarte gat in de gaten gehouden. Op basis van wat we hebben gezien, mijn collega's en ik laten zien dat als er een vriend is, het kan een tweede zwart gat in de buurt zijn dat minstens 100 is, 000 keer de massa van de zon.

Superzware zwarte gaten en hun vrienden

Bijna elk sterrenstelsel, inclusief onze Melkweg, heeft een superzwaar zwart gat in zijn hart, met massa's van miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon. Astronomen onderzoeken nog steeds waarom het hart van sterrenstelsels vaak een superzwaar zwart gat herbergt. Een populair idee sluit aan bij de mogelijkheid dat superzware gaten vrienden hebben.

Om dit idee te begrijpen, we moeten terug naar toen het universum ongeveer 100 miljoen jaar oud was, naar het tijdperk van de allereerste sterrenstelsels. Ze waren veel kleiner dan de huidige sterrenstelsels, ongeveer 10, 000 of meer keer minder massief dan de Melkweg. Binnen deze vroege sterrenstelsels creëerden de allereerste sterren die stierven zwarte gaten, van ongeveer tien tot duizend de massa van de zon. Deze zwarte gaten zonken naar het zwaartepunt, het hart van hun gaststelsel. Aangezien sterrenstelsels evolueren door te versmelten en met elkaar te botsen, botsingen tussen sterrenstelsels zullen resulteren in superzware zwarte gatenparen - het belangrijkste onderdeel van dit verhaal. De zwarte gaten botsen dan en worden ook groter. Een zwart gat dat meer dan een miljoen keer de massa van onze zoon is, wordt als superzwaar beschouwd.

Als het superzware zwarte gat inderdaad een vriend heeft die er in een korte baan omheen draait, het centrum van de melkweg is opgesloten in een complexe dans. De zwaartekrachtsleepboten van de partners zullen ook hun eigen aantrekkingskracht uitoefenen op de nabije sterren die hun banen verstoren. De twee superzware zwarte gaten draaien om elkaar heen, en op hetzelfde moment, elk oefent zijn eigen aantrekkingskracht uit op de sterren eromheen.

De zwaartekrachten van de zwarte gaten trekken aan deze sterren en zorgen ervoor dat ze van baan veranderen; met andere woorden, na één omwenteling rond het superzware zwarte gatenpaar, een ster zal niet precies teruggaan naar het punt waarop hij begon.

Gebruikmakend van ons begrip van de zwaartekrachtsinteractie tussen het mogelijke superzware zwarte gatpaar en de omringende sterren, astronomen kunnen voorspellen wat er met sterren zal gebeuren. Astrofysici zoals mijn collega's en ik kunnen onze voorspellingen vergelijken met waarnemingen, en kan dan de mogelijke banen van sterren bepalen en uitzoeken of het superzware zwarte gat een metgezel heeft die zwaartekracht uitoefent.

Met behulp van een goed bestudeerde ster, genaamd S0-2, die elke 16 jaar rond het superzware zwarte gat draait dat in het centrum van de melkweg ligt, we kunnen het idee al uitsluiten dat er een tweede superzwaar zwart gat is met een massa van meer dan 100, 000 keer de massa van de zon en verder dan ongeveer 200 keer de afstand tussen de zon en de aarde. Als er zo'n metgezel was, dan zouden ik en mijn collega's de effecten ervan op de baan van SO-2 hebben ontdekt.

Maar dat betekent niet dat een kleiner begeleidend zwart gat zich daar niet nog kan verstoppen. Zo'n object mag de baan van SO-2 niet veranderen op een manier die we gemakkelijk kunnen meten.

De fysica van superzware zwarte gaten

Superzware zwarte gaten hebben de laatste tijd veel aandacht gekregen. Vooral, het recente beeld van zo'n reus in het centrum van de melkweg M87 opende een nieuw venster om de fysica achter zwarte gaten te begrijpen.

De nabijheid van het galactische centrum van de Melkweg - slechts 24, 000 lichtjaar verwijderd - biedt een uniek laboratorium voor het aanpakken van problemen in de fundamentele fysica van superzware zwarte gaten. Bijvoorbeeld, astrofysici zoals ik zouden graag hun impact op de centrale regio's van sterrenstelsels en hun rol in de vorming en evolutie van sterrenstelsels willen begrijpen. De detectie van een paar superzware zwarte gaten in het galactische centrum zou erop duiden dat de Melkweg is versmolten met een andere, mogelijk klein, melkwegstelsel op een bepaald moment in het verleden.

Dat is niet alles wat het observeren van de omringende sterren ons kan vertellen. Metingen van de ster S0-2 stelden wetenschappers in staat een unieke test uit te voeren van Einsteins algemene relativiteitstheorie. In mei 2018, S0-2 zoemde langs het superzware zwarte gat op een afstand van slechts ongeveer 130 keer de afstand van de aarde tot de zon. Volgens de theorie van Einstein, de golflengte van het door de ster uitgestraalde licht zou zich moeten uitstrekken als het uit de diepe zwaartekrachtbron van het superzware zwarte gat klimt.

De uitrekkende golflengte die Einstein voorspelde - waardoor de ster roder lijkt - werd gedetecteerd en bewijst dat de algemene relativiteitstheorie de fysica in deze extreme zwaartekrachtzone nauwkeurig beschrijft. Ik wacht reikhalzend uit naar de op een na dichtste nadering van S0-2, die over ongeveer 16 jaar zal plaatsvinden, omdat astrofysici zoals ik in staat zullen zijn om meer van Einsteins voorspellingen over de algemene relativiteitstheorie te testen, inclusief de verandering van de oriëntatie van de langwerpige baan van de sterren. Maar als het superzware zwarte gat een partner heeft, dit kan het verwachte resultaat veranderen.

Eindelijk, als er twee massieve zwarte gaten om elkaar draaien in het galactische centrum, zoals mijn team suggereert is mogelijk, ze zullen zwaartekrachtgolven uitzenden. sinds 2015 de LIGO-Virgo-observatoria hebben zwaartekrachtsgolfstraling gedetecteerd van samensmeltende zwarte gaten en neutronensterren. Deze baanbrekende detecties hebben een nieuwe manier geopend voor wetenschappers om het universum te voelen.

Alle golven die door ons hypothetische paar zwarte gaten worden uitgezonden, hebben lage frequenties, te laag voor de LIGO-Virgo-detectoren om te detecteren. Maar een geplande op de ruimte gebaseerde detector, bekend als LISA, kan deze golven mogelijk detecteren, wat astrofysici zal helpen erachter te komen of ons galactische centrum zwarte gat alleen is of een partner heeft.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.