Artist impressie van botsende zwarte gaten. Credit: LIGO/Frank Elavsky/Northwestern
Er is een flinke discussie gaande bij deze Astroblog en die gaat over botsende zwarte gaten. Dát zwarte gaten met elkaar kunnen botsen en vervolgens fuseren is een feit, want sinds 2015 zijn al tientallen botsende zwarte gaten waargenomen, die zich ‘verraden’ door zwaartekrachtgolven, gedetecteerd met LIGO en Virgo in de VS resp. Italië. Er is echter een probleem met botsende zwarte gaten, in het bijzonder met superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels: in theorie zouden ze niet met elkaar kúnnen botsen en wel vanwege het ‘final parsec problem’, zoals het wordt genoemd. Dat komt in het kort hier op neer: als superzware zwarte gaten in twee sterrenstelsels die aan het botsen zijn naar elkaar toe komen dan naderen ze elkaar tót een afstand van ongeveer 1 parsec (da’s 3,2 lichtjaar) en dan vertragen ze en blijven ze vreemd genoeg van elkaar vandaan, zo volgt uit berekeningen. Dynamische wrijving schijnt dat te veroorzaken,waarbij ze impuls verliezen. Dat komt omdat ze deel uitmaken van een dichtbevolkt systeem van sterren rondom hen, waar ze dat impuls aan verliezen. Veel sterren worden door de interactie met de zwarte gaten uit het sterrenstelsel gekatapulteerd, net zoals de Voyager 1 en 2 in de jaren zeventig van de vorige eeuw na een ‘gravity assist’ met Jupiter uit het zonnestelsel werden gekatapulteerd (zie de animatie hieronder).
Credit: Phoenix7777 on Wikimedia Commons
De dynamische wrijving vertraagt de zwarte gaten voldoende zodat ze een gebonden binair systeem vormen. Verdere dynamische wrijving steelt baanenergie van het paar totdat ze binnen een paar parsecs van elkaar in een stabiele baan ronddraaien en ze binnen de leeftijd van het universum geen fusie ondergaan – zie daar het final parsec problem.
Enter: een derde zwart gat! Dát zou volgens de sterrenkundigen Mohammad Sayeb, Laura Blecha en Luke Zoltan Kelley (Universiteit van Florida) de oplossing kunnen bieden van het probeem. Zo’n derde zwart gat zou de stabiliteit van de banen van de andere zwarte gaten behoorlijk verhinderen en dat zou een oplossing kúnnen bieden voor het final parsec problem. Alleen is de vraag hoe waarschijnlijk het is dat er triplets van superzware zwarte gaten zijn. Om daar achter te komen hebben Sayeb en zijn collega’s de bekende Illustris simulatie van het heelal gebruikt, welke laat zien hoe het heelal de afgelopen 13,5 miljard jaar is geëvolueerd. Er blijken drie mogelijke vormen van triplets van zwarte gaten te zijn:
- ‘Mislukte triplets’, waarbij een fusie van het oorspronkelijke paar met het derde zwart gat plaatsvindt, maar de orbitale straal van het nieuwe zwarte gat nooit gelijk is aan die van het bestaande paar;
- ‘Sterke triplets’, waarbij de derde zwart gat het oorspronkelijke paar ‘binnengaat’ op een afstand van minder dan 100 parsecs (∼326 lichtjaar);
- ‘Zwakke triplets’ waarbij het tripelsysteem zich vormt met een afstand van meer dan 100 parsec.
Credit: Sayeb et al.
Voor alle varianten werden simulaties uitgevoerd (zie de afbeelding hierboven met verschillende scenario’s) en de uitkomst was dat 22% van de botsingen van zwarte gaten zou leiden tot een triplet systeem en dat die bínnen de leeftijd van het heelal daadwerkelijk zouden fuseren, terwijl 71% van die botsingen zonder het derde zwart gat niet binnen de leeftijd van het heelal tot een fusie zou leiden. En daarmee zouden triplets van superzware zwarte gaten een oplossing kunnen bieden voor het final parsec problem.
Meer informatie hierover zou je kunnen vinden in het vakartikel ‘MBH binary intruders: triple systems from cosmological simulations‘ van Mohammad Sayeb, Laura Blecha, Luke Zoltan Kelley.
Bron: Astrobites.
