In einer vier Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie sind drei supermassereiche Schwarze Löcher in einer wirbelnden Umarmung eingeschlossen. Es ist das engste Trio von Schwarzen Löchern, das bisher bekannt war, und legt sogar nahe, dass diese dicht gepackten Systeme häufiger vorkommen als bisher angenommen.
"Was für mich außergewöhnlich bleibt, ist, dass diese Schwarzen Löcher, die am äußersten von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie stehen, sich mit 300-facher Schallgeschwindigkeit auf der Erde umkreisen", sagte der Hauptautor Roger Deane von der University of Cape Stadt in einer Pressemitteilung.
„Darüber hinaus können wir mithilfe der kombinierten Signale von Radioteleskopen auf vier Kontinenten dieses exotische System ein Drittel des gesamten Universums beobachten. Es macht mich sehr aufgeregt, da dies nur die Oberfläche einer langen Liste von Entdeckungen zerkratzt, die mit dem Square Kilometer Array möglich werden. “
Das als SDSS J150243.091111557.3 bezeichnete System wurde vor vier Jahren erstmals als Quasar identifiziert - ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie, das schnell Material ansammelt und hell leuchtet. Das Spektrum war jedoch etwas verrückt, da die doppelt ionisierte Sauerstoffemissionslinie [OIII] in zwei statt in einen Peaks aufgeteilt war.
Eine günstige Erklärung deutete darauf hin, dass sich im Kern der Galaxie zwei aktive supermassereiche Schwarze Löcher versteckten.
Eine aktive Galaxie zeigt typischerweise schmale Emissionslinien mit einem Peak, die aus einer umgebenden Region ionisierten Gases stammen, sagte Deane gegenüber dem Space Magazine. Die Tatsache, dass diese aktive Galaxie Emissionslinien mit zwei Spitzen aufweist, legt nahe, dass es zwei umgebende Regionen mit ionisiertem Gas und daher zwei aktive supermassive Schwarze Löcher gibt.
Aber eines der supermassiven Schwarzen Löcher war in Staub gehüllt. Also gruben Deane und Kollegen etwas weiter. Sie verwendeten eine Technik namens Very Long Baseline Interferometry (VLBI), mit der Teleskope miteinander verbunden werden können. Dabei wurden Signale kombiniert, die bis zu 10.000 km voneinander entfernt waren, um Details zu sehen, die 50-mal größer sind als beim Hubble-Weltraumteleskop.
Beobachtungen des europäischen VLBI-Netzwerks - eine Reihe europäischer, chinesischer, russischer und südamerikanischer Antennen - ergaben, dass das staubbedeckte supermassereiche Schwarze Loch erneut zwei statt eins war, was das System insgesamt zu drei supermassiven Schwarzen Löchern machte.
"Das war so überraschend", sagte Deane gegenüber dem Space Magazine. „Unser Ziel war es, die beiden vermuteten Schwarzen Löcher zu bestätigen. Wir haben nicht erwartet, dass eines davon tatsächlich zwei ist, was nur vom europäischen VLBI-Netzwerk aufgrund der sehr feinen Details, die es erkennen kann, aufgedeckt werden kann. “
Deane und Kollegen haben sechs ähnliche Galaxien durchgesehen, bevor sie ihr erstes Trio gefunden haben. Die Tatsache, dass sie so schnell eine gefunden haben, deutet darauf hin, dass sie häufiger vorkommen als bisher angenommen.
Bis heute waren nur vier dreifache Schwarzlochsysteme bekannt, wobei das nächste Paar 2,4 Kiloparsec voneinander entfernt war - ungefähr das 2.000-fache der Entfernung von der Erde zum nächsten Stern, Proxima Centauri. Das nächste Paar in diesem Trio ist jedoch nur durch 140 Parsec getrennt - ungefähr das Zehnfache dieser Entfernung.
Obwohl Deane und Kollegen sich auf die phänomenale Auflösung der VLBI-Technik stützten, um die beiden nahen Schwarzen Löcher räumlich zu trennen, zeigten sie auch, dass ihre Anwesenheit aus größeren Merkmalen abgeleitet werden konnte. Die Orbitalbewegung des Schwarzen Lochs zum Beispiel ist auf seinen großen Düsen eingeprägt und verdreht sie in eine helixartige Form. Dies kann kleineren Teleskopen ein Werkzeug zur Verfügung stellen, um sie mit viel größerer Effizienz zu finden.
"Wenn das Ergebnis hält, wird es sehr cool", sagte Jessie Runnoe von der Pennsylvania State University gegenüber dem Space Magazine. Diese Forschung hat mehrere Implikationen für das Verständnis weiterer Phänomene.
Das erste beleuchtet die Galaxienentwicklung. Zwei oder drei supermassereiche Schwarze Löcher sind die rauchende Waffe, die die Galaxie mit einer anderen verschmolzen hat. Wenn Astronomen diese Galaxien im Detail betrachten, können sie verstehen, wie sich Galaxien zu ihren heutigen Formen und Größen entwickelt haben.
Die zweite beleuchtet ein Phänomen, das als Gravitationsstrahlung bekannt ist. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass sich Gravitationswellen - Wellen im Gefüge der Raumzeit selbst - in den Raum ausbreiten, wenn sich eines der zwei oder drei supermassiven Schwarzen Löcher nach innen windet.
Zukünftige Radioteleskope sollten in der Lage sein, Gravitationswellen von solchen Systemen zu messen, wenn ihre Umlaufbahnen zerfallen.
"Mit dem Square Kilometer Array können wir diese Systeme in Zukunft bis ins kleinste Detail finden und untersuchen und ein viel besseres Verständnis dafür gewinnen, wie Schwarze Löcher Galaxien im Laufe der Geschichte des Universums formen", sagte er Co-Autor Matt Jarvis von den Universitäten Oxford und Western Cape.
Die Forschung wurde heute in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
