Jets, die durch die Speisung supermassereicher Schwarzer Löcher in den Herzen aktiver Galaxien ausgestoßen werden, können aufgrund eines „Pendels“, das durch ein zweites umkreisendes supermassereiches Schwarzes Loch verursacht wird, heller werden und sich krümmen, berichtet eine neue Studie.
Die Entdeckung könnte Astronomen bei der Suche nach supermassereichen Doppelsternen von Schwarzen Löchern helfen, die trotz ihrer gigantischen Natur sprichwörtliche Nadeln im kosmischen Heuhaufen bleiben.
Aktive galaktische Kerne (AGNs), die durch die Speisung supermassereicher Schwarzer Löcher angetrieben werden, sind oft so hell, dass sie jeden Stern in der sie umgebenden Galaxie zusammen überstrahlen können. Wenn die Strahlen von AGNs direkt auf die Erde gerichtet sind, werden diese Ereignisse im Herzen von Galaxien „Blasen“ genannt.
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Diese AGNs flammen häufig auf und werden kurzzeitig aufgehellt. Jahrelange Beobachtungen von Blazar-Jets zeigen, dass sie nicht so gerade sind, wie man es erwarten würde, sondern sich stattdessen verdrehen und krümmen. Diese beiden Phänomene sind mit großen Materialmengen aus der das Schwarze Loch umgebenden Akkretionsscheibe aus Gas und Staub verbunden, die sich plötzlich in Richtung Kern bewegen und entweder vom Jet ausgestoßen oder in das Schwarze Loch eingespeist werden.
Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dies möglicherweise eine zu einfache Erklärung ist. Stattdessen wird behauptet, dass gebogene Jets und die Aufhellung von AGNs durch etwas verursacht werden könnten, das den Jet zum „Wackeln“ oder zur Präzession bringt. Dieses Wackeln könnte das Werk eines zweiten Schwarzen Lochs sein, das in den Herzen von Blazargalaxien lauert, so die neue Studie. Alternativ könnte der wirbelnde Jet durch einen Riss in der Akkretionsscheibe um ein einzelnes supermassereiches Schwarzes Loch verursacht werden.
„Wir legen Beweise vor und diskutieren die Möglichkeit, dass es sich tatsächlich um die Präzession der Jet-Quelle handelt, die entweder durch ein supermassives binäres Schwarzes Loch an der Basis des Jets oder – weniger wahrscheinlich – durch eine verdrehte Akkretionsscheibe um ein einzelnes Schwarzes Loch verursacht wird.“ , das für die beobachtete Variabilität verantwortlich ist“, sagt Studienleiterin Silke Britzen, Forscherin am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. sagte in einer Erklärung.
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Das Team vermutet, dass die Jets der Blazare aufgrund des Gravitationseinflusses des zweiten supermassiven Schwarzen Lochs gezwungen sein werden, zu wandern, während sie das supermassereiche Schwarze Loch, das Hauptzubringer des AGN, umkreisen.
„Die Physik von Akkretionsscheiben und -jets ist ziemlich komplex, aber ihre Massenkinematik (ein Zweig der Mechanik, der sich mit der Bewegung von Objekten befasst, ohne die Kräfte hinter dieser Bewegung zu berücksichtigen) kann mit einfachen Gyroskopen verglichen werden“, sagte Studienmitautor Michal Zajaček. von der Masaryk-Universität in der Tschechischen Republik, sagte in derselben Erklärung. „Wenn man ein externes Drehmoment auf eine Akkretionsscheibe ausübt, zum Beispiel durch ein umlaufendes sekundäres Schwarzes Loch, wird sie präzedieren und anstoßen, und mit ihr der Jet.“
Ähnliches geschehe mit der Rotationsachse der Erde, die vom Mond und der Sonne beeinflusst werde, fügte Zajaček hinzu.
Die Verwirbelung der Jets von AGNs würde natürlich zu periodischen Änderungen ihrer Leuchtkraft führen, was bereits über viele Jahre hinweg bei einer Reihe dieser durch Schwarze Löcher verursachten Ereignisse beobachtet wurde.
Im Jahr 2018 wandte das Team sein Modell der Leuchtkraftvariation und Strahlbiegung auf OJ 287 an, ein AGN, das sich 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet und ein Kandidat für die Aufnahme binärer supermassiver Schwarzer Löcher ist.
Nun haben die Wissenschaftler das Modell auf zwölf weitere helle AGNs angewendet. Sie fanden heraus, dass die Jetkrümmung und die AGN-Aufhellung tatsächlich auf ein zweites Schwarzes Loch zurückzuführen sein können, das einen Schwung im Jet verursacht.
Das Team kann Jet-Physikfaktoren wie Stoßwellen oder Instabilitäten im Jet oder sogar Magnetfelder als treibende Kraft hinter den gekrümmten Jets nicht vollständig ausschließen. Sie argumentieren jedoch, dass die fraglichen Strahlen ohne ihr Wackeln nicht ganz so gekrümmt oder so hell wären.
Darüber hinaus konnten die Forscher zusätzliche Anzeichen einer Präzession, wenn auch mit geringerer Amplitude, im Radiolicht der Jets erkennen, was ihrer Meinung nach ein Beweis zweiter Ordnung für ihr Modell ist.
Die Arbeit des Teams könnte Astronomen schließlich eine bessere Möglichkeit bieten, das Universum nach supermassiven Schwarzen-Loch-Doppelsternen im Herzen von Galaxien zu durchsuchen.
„Wir haben immer noch nicht die ausreichende Auflösung, um die Existenz supermassiver binärer Schwarzer Löcher direkt zu untersuchen“, schlussfolgerte Britzen. „Aber die Jet-Präzession scheint die beste Signatur dieser Objekte zu liefern, deren Existenz nicht nur von der Schwarzen-Loch-/AGN-Gemeinschaft erwartet wird, sondern auch von der Gravitationswellen-/Pulsar-Gemeinschaft, die kürzlich Beweise für die Existenz eines kosmischen Gravitationskörpers veröffentlicht hat.“ Hintergrund aufgrund der Gravitationswellen, die von der Verschmelzung massiver Schwarzer Löcher im Laufe der kosmischen Geschichte ausgehen.“
Der Studie wurde im Juli im Astrophysical Journal veröffentlicht.
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