Stellar- und Schwarz-Hole-Binärdateien führen einen Danse Macabre auf

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Obwohl unsere einsame Sonne ein stellarer Einzelgänger ist, sind Sterne viel häufiger Mitglieder von Binärsysteme wo zwei Sterne in einem spektakulären feurigen Tanz umeinander kreisen. Ebenso, wenn ein tanzendes Duo von Supermassive Schwarze Löcher treffen sich, nachdem ihre Gastgalaxien kollidiert sind, eine einzelne schwarzes Loch geboren wird, die mit der kombinierten Masse der beiden separaten wiegt Supermassive Schwarze Löcher die sich zu einem verschmolzen. Aber was passiert, wenn stellare Binärdateien und Binärdateien des Schwarzen Lochs zu einem katastrophalen kosmischen Walzer zusammenlaufen? Das Ergebnis eines solch zerstörerischen Tanzes ist für die Tänzer viel schlimmer als das, was passiert, wenn ein einzelner Stern zu nahe an die gravitativen Greifklauen eines einsamen Schwarzen Lochs wandert und auseinandergerissen wird. Im Februar 2019 veröffentlichten Astronomen eine neue Studie, die dieses traurige Himmelsdrama noch weiterführt und den gewaltsamen Ausgang zeigt, wenn ein tanzendes Duo von Sternen mit einem Paar von Sternen interagiert Supermassive Schwarze Löcher.

Die Theorie von Gezeitenstörungsereignisse (TDEs) wurde erstmals 1970 vorgeschlagen und durch neuere Entdeckungen vieler beobachteter Kandidaten bestätigt. Gemäß TDE Theorie, wenn a Supermassives Schwarzes Loch binär trifft sich mit a stellare binäre es führt zu einer spektakulären Explosion. Diese kraftvollen und brillanten Eruptionen entstehen häufig aus zuvor dunklen Regionen, und viele Astronomen glauben, dass sie von der Ansammlung von Trümmern stammen, nachdem ein unglücklicher Stern von den gnadenlosen Gravitationsklauen von a . in Stücke gerissen wurde supermassives Schwarzes Loch.

Dieses etwas einfache Szenario erklärt jedoch nicht alle beobachteten störungsartigen Signale. Aus diesem Grund bleibt die quälende Frage: Sind diese Eruptionen durch komplexere Wechselwirkungen verursacht, die ebenfalls auftreten können?

Vor diesem Hintergrund hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Dr. Eric Coughlin, der damals als Einstein Postdoc-Stipendiat an der University of California in Berkeley (UCB), erforschte ein wesentlich komplizierteres Modell von Gezeitenstörung –das Feuerwerk, das entstehen könnte, wenn a supermassives Schwarzes Loch Duo trifft auf ein stellares Binärsystem.

Je mehr, desto besser

Super massiv Herzen der Dunkelheit und Doppelsterne sind beide gewöhnliche Bewohner des beobachtbaren Universums. Supermassereiche Schwarze Löcher Es wird angenommen, dass sie hungrig in den Zentren jeder großen Galaxie im Kosmos lauern – einschließlich unserer eigenen Milchstraße. Das derzeit ruhende Gravitationstier, das sich im Zentrum unserer Galaxie befindet, ist ein Leichtgewicht, zumindest soweit Supermassive Schwarze Löcher gehen. Es wurde benannt Schütze A* (ausgesprochen Schütze-A-Stern) und es wiegt "nur" Millionen Sonnenmassen – im Gegensatz zu vielen anderen seiner Art, die wiegt Milliarden der Masse unseres Sterns.

Es wird vorhergesagt, dass unsere große spiralförmige Milchstraße mit der Andromeda-Galaxie, ein weiteres großes Spiralmitglied unserer Lokalen Galaxiengruppe, in etwa 3,75 Milliarden Jahren. Wenn dies passiert, ist das Duo von Super massiv Tiere, die in den geheimnisvollen Herzen beider Galaxien leben, werden verschmelzen, und das resultierende Gravitationsmonster, das aus dieser Kollision hervorgegangen ist, wird die hohe Gesamtmasse der beiden getrennten wiegen Schwarze Löcher. Während diese Kollision – die in der fernen Zukunft unserer Galaxie vorhergesagt wird – viele der himmlischen Bewohner der Milchstraße nicht unbedingt stören wird, haben einige neuere Modelle gezeigt, dass unser Sonnensystem möglicherweise nicht so glücklich ist. Der katastrophale Zusammenbruch könnte unsere Sonne verdrängen, die dann schreiend von ihrem Standort wegsaust und den Rest unseres Sonnensystems für die Fahrt mitnimmt.

Das Universum ist turbulent. Sübermassiv Herzen der Finsternis liegen in jeder Galaxie versteckt und warten darauf, dass ihre nächste Mahlzeit tragischerweise in ihre mächtige Gravitationsfalle tappt. Ach, alles, was unglücklich genug ist, um einem Gefräßigen zu nahe zu kommen schwarzes Loch ist dazu verdammt, verschlungen zu werden. Eingefangene Objekte können sich nicht von der extrem starken Anziehungskraft des Raubtiers befreien schwarzes Loch. Nicht einmal das Licht kann sich selbst befreien, wenn es den schrecklichen Punkt ohne Wiederkehr passiert, der als bezeichnet wird Ereignishorizont.

Schwarze Löcher waren bereits vorhanden, als das Universum noch sehr jung war. Wolken aus Gas und unglücklichen Sternen purzeln nach unten, während sie in den Wirbel um die schwarzes Loch— nie aus dem wirbelnden Mahlstrom zurückzukehren, der dieses schmausende Gravitationstier umgibt. Während das Material in seinen unvermeidlichen Untergang reist, bildet es einen wilden Sturm aus grellem Material, das die schwarzes Loch–das Massive Akkretionsscheibe. Im alten Universum sind diese brillanten Akkretionsscheiben geblendete Raumzeit in Form von Quasare. In der Tat, Schütze-ein-Stern ging wahrscheinlich grell Quasar Phase in seiner flammenden Jugend vor Milliarden von Jahren.

Das schillernde Material, aus dem die Akkretionsscheibe wird heißer und heisser, da es einen wütenden Strahlungssturm ausstößt, zumal es sich immer näher an den Ereignishorizont. Der Ereignishorizont befindet sich im innersten Bereich des Akkretionsscheibe.

Im 18. Jahrhundert erwogen der englische Wissenschaftler John Michell (1724-1793) und der französische Physiker Pierre-Simon Laplace (1749-1827) die Möglichkeit, dass es in der Natur tatsächlich skurrile Wesen wie Schwarze Löcher. Albert Einstein, in seinem Allgemeine Relativitätstheorie (1915) machte später die Vorhersage von Objekten, die über so starke Gravitationsfelder verfügen, dass alles, was unglücklicherweise zu nahe an ihre Verstecke gelangt, verzehrt werden würde. Die Vorstellung, dass solche seltsamen Bestien tatsächlich den Himmelszoo bewohnen könnten, schien jedoch zu der Zeit so abwegig, dass Einstein das Konzept ablehnte – obwohl seine eigenen Berechnungen etwas anderes vermuten ließen.

1916 entwickelte der deutsche Physiker und Astronom Karl Schwarzschild (1873-1916) die erste moderne Lösung Generelle Relativität das beschreibt a schwarzes Loch. Seine Deutung als Raumregion, aus der absolut nichts entkommen kann, wurde jedoch weitere fünfzig Jahre lang nicht verstanden. Bis zu diesem Zeitpunkt, Schwarze Löcher galten als bloße mathematische Kuriositäten. Tatsächlich haben die theoretischen Arbeiten erst in den 1960er Jahren gezeigt, dass Schwarze Löcher sind eine generische Vorhersage von Generelle Relativität.

Schwarze Löcher kommen in verschiedenen größen. Packen Sie genug Masse in eine ausreichend kleine Region und a schwarzes Loch wird jedes Mal geboren. In Ergänzung zu Super massiv Vielfalt, Schwarze Löcher von beiden Sternmasse und dazwischenliegend Masse bewohnen den heutigen Kosmos. Wenn einem besonders massereichen Stern der notwendige Vorrat an Kernfusion Treibstoff wird Supernova und kollabiert zu einem Schwarzes Loch mit stellarer Masse.

Die meisten Sterne im Universum, sowohl große als auch kleine, sind Mitglieder von Doppelsternsystemen. Unsere Sonne ist heute ein einzelner Stern, aber sie wurde möglicherweise mit einem Zwilling geboren – genau wie die meisten anderen Sterne. Sterne werden in einem der vielen kalten, dunklen geboren Molekülwolken–hauptsächlich bestehend aus molekularem Wasserstoff — die unsere Galaxie in großer Zahl heimsuchen. Wenn ein besonders dichter Klecks innerhalb einer Sternengeburt, schön Molekülwolke eine kritische Masse, Größe oder Dichte erreicht, beginnt es unter dem gnadenlosen Sog seiner eigenen Schwerkraft zu kollabieren. Da diese kollabierende Wolke, bezeichnet als a Sonnennebel, wird immer dichter, zufällige Gasbewegungen, die ursprünglich in der Wolke vorhanden waren, mitteln sich zugunsten der Richtung der Drehimpuls des Nebels. Die Erhaltung des Drehimpulses führt zu einer Erhöhung der Drehrate, da die Nebel Radius wird kleiner. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Wolke auf eine Weise abflacht, die mit der Art und Weise verglichen wurde, wie sich ein Klecks aus sich drehendem Pizzateig in eine flache verwandelt Scheibe. Der anfängliche Zusammenbruch dauert ungefähr 100.000 Jahre. Nach dieser Zeit erreicht der Babystern eine knisternde Oberflächentemperatur ähnlich der eines a Hauptsequenz (wasserstoffbrennender) Stern gleicher Masse. Ein Stern wird geboren – normalerweise mit einem oder mehreren stellaren Geschwistern, weil diese sternengebärenden Kleckse dazu neigen, zu zersplittern. Jedes einzelne Fragment ergibt einen Babystern. Aus diesem Grund wird angenommen, dass die stellaren Geschwister unseres einsamen Sterns vor langer Zeit wahrscheinlich in eine entfernte Region unserer Galaxie gewandert sind – und nie wieder zurückkehren.

Astronomen wissen, dass ein glückloser Stern, der einem Schwarzen Loch zu nahe kommt, von der starken Schwerkraft des Schwarzen Lochs zerfetzt wird. Aber da beide Binärdateien des Schwarzen Lochs und stellare Binärdateien sind gewöhnliche Bewohner des Kosmos, mit denen sie sich häufig treffen können – und dann wird es interessanter.

Was passiert, wenn ein Sternpaar in a Binärsystem Begegnung supermassives Schwarzes Loch Duo? Wie das Sprichwort sagt, je mehr, desto besser.

Ein himmlischer "Tanz des Todes"

Dr. Coughlin und sein Team führten Hunderttausende von Supercomputersimulationen der Gravitationswechselwirkungen durch, die zwischen supermassives Schwarzes Loch Duos und Doppelsternsysteme. Basierend auf ihren Simulationen kamen die Astronomen zu dem Schluss, dass es viele mögliche Ergebnisse für solch komplizierte Himmelsinteraktionen gibt.

Die meisten dieser Treffen führen zu zwei möglichen Szenarien: entweder das gesamte intakte stellare binäre wird aus dem System entfernt oder die Sterne werden nacheinander ausgeworfen. Das letztere Szenario könnte erst eintreten, nachdem die stellare binäre System ist auseinandergerissen worden. Das Team fand jedoch auch mehrere andere faszinierende mögliche Ergebnisse:

1. Hügel-Eroberung, in dem einer der unglücklichen Sterne schreiend aus dem System geschleudert wird, während der andere Stern in eine Umlaufbahn um eines der Mitglieder der Schwarzes Loch binär.

2. Einzelne und doppelte Tidal Disruption Events (TDEs), bei dem entweder einer oder beide Sterne komplett auseinandergerissen sind. Die Folge dieser besonderen Katastrophe wäre, dass das Material der Sterne dann auf dem Supermassereiches binäres Schwarzes Loch.

3. Sternfusionen, wodurch das Sternduo an Drehimpuls verliert und dadurch kollidiert und verschmelzt. Dieses spezielle Szenario würde sich aus der Interaktion mit und dem endgültigen Auswurf aus dem . ergeben Schwarzes Loch binär.

Dr. Coughlin und sein Team weisen darauf hin, dass die drei exotischeren Möglichkeiten potenziell sehr nützlich sind. Dies liegt daran, dass sie plakative Signale erzeugen würden, die mit bestimmten Beobachtungen übereinstimmen. Außerdem können diese Signale Astronomen sagen, worauf sie bei zukünftigen Beobachtungen achten müssen.

Zum Beispiel ein Doppel TDE könnte den brillanten, doppelzackigen Transienten, der synchronisiert wird, ordentlich erklären ASASSN-15. Die beschleunigte Inspiration von a stellare binäre könnten einige kalziumreiche vorübergehende Signale erklären, die das Team entdeckte. Dies würde passieren, nachdem der stellare Doppelstern bereits von der aus seiner Wirtsgalaxie geschossen wurde Supermassereiches binäres Schwarzes Loch. Nach diesem Modell sind die beiden Einzelsterne, die einst Mitglieder der unglücklichen binär–beide wurden getrennt aus ihrer Galaxie ausgestoßen–können später nachweisbar sein als Hypergeschwindigkeitssterne die ähnliche spektroskopische Eigenschaften aufweisen, obwohl sie jetzt Tausende von Lichtjahren voneinander entfernt sind.

Die zahlreichen möglichen Ergebnisse, die durch Begegnungen zwischen Doppelsterne und Supermassive Schwarze-Loch-Binärdateien schlagen vor, diese Möglichkeiten weiter zu untersuchen. Außerdem können die neuen Modelle Astronomen helfen, herauszufinden, was ihnen bisher entgangen ist.

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