Nehmen wir die gewöhnlichste Galaxie und erschaffen im Geiste (oder auf einem Computer) ihren Zwilling – ebenfalls unauffällig. Und dann werden wir sie gegeneinander antreten lassen und etwas Ungewöhnliches erschaffen.
Die Verschmelzung zweier Spiralgalaxien mit supermassereichen Schwarzen Löchern in ihren Zentren: Schweife aus heißem Gas in großem Maßstab; in größerem Maßstab die Bildung eines Paares schwarzer Löcher, die von einer gasförmigen Scheibe umgeben sind
Die Milchstraße ist eine ziemlich gewöhnliche Galaxie. Die Scheibe aus Sternen und interstellarem Gas ist von einem beeindruckenden Halo aus dunkler Materie umgeben und dreht sich um ein supermassereiches (etwa 3 Millionen Sonnenmassen) Schwarzes Loch im Zentrum. Sein Gesamtgewicht ist ebenfalls sehr durchschnittlich - etwa 100 Milliarden Sonnenmassen. Ähnliche Parameter wurden von Wissenschaftlern in einem anderen Experiment verwendet, um die Kollision von Galaxien zu simulieren. Diesmal war das Untersuchungsthema die Wechselwirkung von Schwarzen Löchern.
Stelios Kazantzidis und seine Kollegen nutzten die volle Leistung moderner Supercomputer, um die Kollision der virtuellen Milchstraße mit sich selbst zu untersuchen. Sie beobachteten die Bildung einer großen, kombinierten Scheibe aus heißem Gas – mit einem Durchmesser von Hunderten bis Tausenden von Lichtjahren und Hunderten von Millionen bis einer Milliarde Sonnenmassen. Supermassereiche Schwarze Löcher bildeten in ihren Zentren ebenfalls eine gepaarte Struktur, deren Mitglieder um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt kreisen. Dieses "Extrem-Tandem" kann auch für theoretische Physiker nützlich sein.
„Die Allgemeine Relativitätstheorie, die vor etwa 90 Jahren vorgeschlagen wurde“, sagt Kazantzidis, „hat viele brillante experimentelle Bestätigungen erh alten. Eine ihrer wichtigsten Folgen wurde jedoch noch nicht in der Praxis entdeckt – nämlich Gravitationswellen. Da ein Paar supermassiver Schwarzer Löcher potenziell eine starke Quelle für Gravitationswellen ist, ist es für uns wichtig, die Umstände, unter denen die Bildung solcher Paare möglich ist, im Detail zu ermitteln.“
In ihren neuen Experimenten gelang es Kazantzidis und seinen Kollegen, sowohl praktische astronomische Beobachtungen als auch theoretisch gezeigte Komponenten zu berücksichtigen – ihr Modell umfasst sowohl Sternmaterie als auch den Halo aus dunkler Materie um die Galaxie. Erst dann stellten die Wissenschaftler die Weichen für die „Annäherung“der Galaxien.
In ihrem Modell entstand nach der Kollision ein rotierendes Paar schwarzer Löcher, umgeben von einer Gas- und Staubscheibe. Durch die Wechselwirkung mit dem umgebenden Gas verloren sie die Energie der Rotationsbewegung und näherten sich weiter bis zu dem Moment, an dem sie um eine Entfernung in der Größenordnung unseres Sonnensystems voneinander getrennt waren. „Von diesem Moment an“, sagt Kazantzidis, „können wir mit dem Auftreten mächtiger Gravitationswellen rechnen. Die Energie, die sie wegtragen, dämpft zusätzlich die Rotation des Paares und bringt die endgültige Verschmelzung der Schwarzen Löcher näher.“
Die Autoren hoffen, dass der Start des neuen LISA-Orbitalinterferometers, das nur für die Suche nach Gravitationswellen entwickelt wurde, Paare von supermassereichen Schwarzen Löchern entdecken wird - wie sie im neuen Modell beschrieben werden. Gemeinsame europäisch-amerikanische Mission soll 2015 beginnen
Wie sich herausstellt, sind Galaxienkollisionen ein ziemlich häufiges Phänomen im Universum. Lesen Sie über die Kollision der Galaxie M32 mit dem Andromeda-Nebel: „Space Detective“, über die Kollision im Antennennebel: „Das Todesbild der Milchstraße“und über die bevorstehende Kollision unserer Galaxie mit demselben Andromeda-Nebel: "Gipfel".
