Das neue Modell bringt den Wissenschaftlern die Vielfalt der Lichtsignale näher, die entstehen, wenn zwei supermassereiche Schwarze Löcher (millionen- und milliardenfach massereicher als die Sonne) zu einer Kollision spiralförmig zusammenlaufen. Zum ersten Mal zeigen Computersimulationen, die die physikalischen Effekte von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie beinhalten, dass Gas in solchen Systemen hauptsächlich im UV- und Röntgenlicht glüht.
Fast jede Galaxie mit Parametern der Milchstraße enthält im Zentrum ein Schwarzes Loch. Beobachtungen zeigen, dass es häufig zu galaktischen Fusionen kommt, aber bisher war niemand in der Lage, den Prozess der Kollision von riesigen Schwarzen Löchern zu beobachten. Wissenschaftler konnten jedoch die Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit Sternenmasse (von drei bis zu mehreren Dutzend Solaren) mithilfe von LIGO feststellen. Im konkreten Fall entstanden Gravitationswellen - Wellen in Raum und Zeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegten.
In Computersimulationen von supermassiven Schwarzen Löchern mit 40 Umlaufbahnen vor dem Zusammenwachsen leuchtet Gas hell auf. Solche Modelle werden helfen, echte Beispiele für solche binären Systeme zu identifizieren.
Fusionen für supermassive Schwarze Löcher sind schwerer zu bestimmen. Tatsache ist, dass die Erde selbst zu laut ist. Es rüttelt an seismischen Schwingungen und Gravitationsänderungen durch atmosphärische Störungen. Daher müssen die Detektoren, wie mit LISA in den 2030er Jahren geplant, im Weltraum sein. Es ist wichtig zu beachten, dass sich supermassive Binärsysteme in einer gasreichen Umgebung von ihren kleineren Begleitern unterscheiden. Wissenschaftler vermuten, dass eine Supernova-Explosion, die ein Schwarzes Loch bildet, auch den größten Teil des umgebenden Gases durchbrennt. Das Schwarze Loch wird so schnell von den Überresten aufgenommen, dass beim Zusammenführen nichts mehr für das „Abendessen“ übrig bleibt und kein Lichtsignal auftritt.
Vergessen wir aber nicht, dass die Fusion supermassiver Schwarzer Löcher vor dem Hintergrund einer galaktischen Fusion stattfindet, was bedeutet, dass es eine Eskorte aus Gas- und Staubwolken, Sternen und Planeten gibt. Höchstwahrscheinlich drückt die galaktische Kollision einen großen Teil dieses Materials näher an die Schwarzen Löcher, die sich weiter ernähren. Während sie näher kommen, erwärmen die magnetischen und Gravitationskräfte das verbleibende Gas und Astronomen können Signale speichern.
Die neue Simulation zeigt die drei Umlaufbahnen eines Paares supermassiver Schwarzer Löcher in 40 Umlaufbahnen aus dem Zusammenschluss. Es ist ersichtlich, dass in diesem Stadium des Prozesses Licht nur im UV-Licht unter Verwendung einiger energiereicher Röntgenstrahlen emittiert wird.
Diese 360-Grad-Sicht führt uns mit einer Umlaufzeit von 46 Minuten zum Zentrum zweier rotierender supermassereicher Schwarzer Löcher in einer Entfernung von 30 Millionen km voneinander. Sie können sehen, wie schwarze Löcher den Sternhintergrund verzerren und das Licht einfangen. Eine Besonderheit ist der Photonenring. Das gesamte System wird 1 Million Sonnenmassen haben. Drei Bereiche mit Licht emittierendem Gas erwärmen sich, wenn Schwarze Löcher verschmelzen. Dies bildet einen großen Ring um das System sowie zwei kleinere Ringe um jeden. Alle diese Objekte emittieren hauptsächlich UV-Strahlen. Wenn Gas mit hoher Geschwindigkeit in eine Mini-Scheibe strömt, berührt das UV-Licht der Scheibe jede schwarze Lochkrone (eine Region von subatomaren Partikeln mit hoher Energie über und unter der Scheibe). Wenn die Akkretionsrate niedriger ist, trübt sich UV-Licht im Verhältnis zu Röntgenstrahlen.
Basierend auf Simulationen erwarten die Wissenschaftler, dass Röntgenstrahlen, die durch „fast Verschmelzung“ entstehen, heller sind als in einzelnen supermassiven Schwarzen Löchern. Für die Simulation wurde der Supercomputer Blue Waters 46 Tage auf 9600 Rechenkernen eingesetzt. Die ursprüngliche Simulation schätzt die Gastemperatur. Das Team plant, den Code zu verfeinern, um zu simulieren, wie sich Systemparameter wie Temperatur, Entfernung, Gesamtmasse und Akkretionsrate ändern. Wissenschaftler sind daran interessiert zu verstehen, was mit dem Gas passiert, das sich zwischen zwei Schwarzen Löchern bewegt.
