Der alles verschlingende Gigant

Immer massivere Schwarze Löcher werden entdeckt

Schwarze Löcher faszinieren sowohl Astronomen als auch die breite Öffentlichkeit. Spektakulär werden sie aus sterbenden massereichen Sternen geboren, und wie Staubsauger ziehen sie alles aus der Umgebung in ihren schwarzen Schlund. Sie sind Regionen der Raumzeit, die alles verschlingen, was ihnen zu nahe kommt. Nicht einmal ein einzelner Lichtstrahl kann ihnen entweichen. Was an den Rand der verfressenen Monster gelangt, verschwindet auf Nimmerwiedersehen hinter ihrem Ereignishorizont.

Materie und Licht wirbelt in einem Strudel um sie herum, um dann endgültig aus dem Weltraum zu entschwinden. Es gibt verschiedene Typen schwarzer Löcher, aber die Theorien - vor allem über ihre Entstehung - werden noch diskutiert. Zwei aktuelle Entdeckungen liefern jetzt neues Material für die wissenschaftliche Debatte.

GC 1277 ist Teil des Perseus-Galaxienhaufens, der mit einem Abstand von 250 Millionen Lichtjahren einer der erdnächsten Galaxienhaufen ist. Alle in diesem Bild sichtbaren elliptischen und rundlichen gelblichen Galaxien sind Teil des Haufens. Im Vergleich mit den anderen Haufenmitgliedern ist NGC 1277 vergleichsweise kompakt. Bild: David W. Hogg, Michael Blanton und the SDSS Collaboration

Bereits am Ende des 18. Jahrhundert spekulierten Forscher über die Idee "dunkler Sterne". Den Begriff Schwarze Löcher prägte der US-Physiker John Wheeler aber erst Ende der 60er Jahre.

Die gigantischen kosmischen Schwerkraftfallen sind Gegenstand intensiver Forschung und verursachen bis heute viele Kontroversen. Umstritten sind insbesondere die Modelle über ihre Entwicklung (Die Vielfalt der Schwarzen Löcher). Eine allgemein akzeptierte, minimale Definition stammt von Stephen Hawking:

Schwarzes Loch: Region der Raumzeit, aus der nichts, noch nicht einmal Licht, entweichen kann, weil die Gravitation so stark ist.

In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazin Nature berichtet ein deutsch-amerikanisches Wissenschaftlerteam um Remco van den Bosch vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg über das möglicherweise gigantischste jemals entdeckte Schwarze Loch.

Aufgespürt haben es die Astronomen in der Zentralregion der Scheibengalaxie mit der Bezeichnung NGC 1277 im Perseus-Galaxienhaufen, der 250 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Diese Region des Weltalls hatte vor einigen Jahren bereits Schlagzeilen produziert, weil ein dort ansässiges Schwarzes Loch den tiefsten bislang bekannten Ton im Universum produziert: Es brummt 57 Oktaven unter dem mittleren C (Gigantisches tiefes Brummen).

Die Astronomen beobachteten die Region jetzt erneut mithilfe des Hobby-Eberly Telescope am McDonald-Observatorium in Texas, und verglichen dann die Daten mit archivierten Bildern des Weltraumteleskops Hubble. Die Resultate sind spektakulär: Sie entdeckten ein riesiges Schwarzes Loch mit 17 Milliarden Sonnenmassen, das im Verhältnis zu seiner relativ kleinen Heimatgalaxie viel größer ist, als es die Modelle vorsehen. Es macht 14 Prozent der Gesamtmasse der Scheibengalaxie NGC 1277 (die etwa 120 Milliarden Sonnenmassen umfasst) aus!

Zudem könnte es das größte jemals aufgespürte Schwarze Loch darstellen - über das genaue Gewicht des bisherigen Rekordhalters wird noch debattiert.

Aufnahme der Scheibengalaxie NGC 1277 mit dem Weltraumteleskop Hubble. Das Zentrum dieser kleinen, abgeflachten Galaxie enthält eines der massereichsten Schwarzen Löcher, das jemals gefunden wurde. Bild: NASA / ESA / Andrew C. Fabian / Remco C. E. van den Bosch (MPIA)

Der wissenschaftliche Stand der Dinge sieht vor, dass im Zentrum jeder Galaxie ein supermassives Schwarzes Loch lauert, auch in der Milchstraße - hier es heißt Sagittarius A und hat circa vier Millionen Sonnemassen.

Gemessen an den mindestens 180 Milliarden Sonnenmassen, die sich in unserer Galaxis ballen, entspricht es den gängigen Modellen, die das Gewicht des jeweiligen Schwarzen Zentralmonsters in einer Galaxie typischerweise mit einem winzigen Bruchteil - etwa 0,1 Prozent - der Gesamtmasse aller sich darin befindender Sterne ansetzen.

Die Animation zeigt repräsentative Sternumlaufbahnen aus dem dynamischen Modell, das herangezogen wurde, um die Masse des Schwarzen Lochs zu bestimmen. Die grüne Umlaufbahn ist die eines Sterns in der galaktischen Scheibe. Die rote Umlaufbahn zeigt die starke Gravitationswirkung in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs. Die blaue Umlaufbahn wird merklich durch den (kugelähnlichen) Halo aus Dunkler Materie beeinflusst, den die Galaxie besitzt. Eine Sekunde in der Animation entspricht 22 Millionen Jahren; die horizontale Ausdehnung des Bildes erstreckt sich über 41 Millionen Lichtjahren (36 Bogensekunden). Hintergrundbild: NASA / ESA / Fabian / Remco C. E. van den Bosch (MPIA). Animation: Remco van den Bosch

Ko-Autor Karl Gebhard von der University of Texas in Austin erklärt zur Neuentdeckung:

Die Masse dieses Schwarzen Lochs ist sehr viel größer als erwartet. Diese Erkenntnis bringt uns zu der Überlegung, dass Schwarze Löcher in sehr massereichen Galaxien in einem anderen physikalischen Prozess wachsen. Wenn man etwas verstehen will, dann schaut man sich immer die Extreme an: die massivsten und die leichtesten Schwarzen Löcher. Wir beobachten deshalb eine große Auswahl besonders massereicher Galaxien in der näheren kosmischen Umgebung.

Es ist denkbar, dass der dunkle Schlund mitten in NGC 1277 durch die Kollision zweier Galaxien oder das Verschmelzen mit einem anderen Schwarzen Loch auf diese Größe angeschwollen ist. Klar ist bis jetzt nur, dass die Theorien überprüft werden müssen, wie Galaxien (und ihre zentralen Gravitationsfallen) sich formen und entwickeln. Remco van den Bosch meint:

Im Moment gibt es drei völlig verschiedene Modelle, um die Verbindung zwischen der Masse des Schwarzen Loches und den Eigenschaften der Galaxie zu erklären. Bis jetzt ist noch unklar, welcher theoretische Ansatz davon sich durchsetzen wird.

Das Team hat bereits fünf weitere Galaxien im Auge, deren zentrale Schwarze Löcher ebenfalls ungewöhnlich riesig zu sein scheinen. Die Astronomen werden jetzt diese Sternformationen mit geeigneten Großteleskopen eingehend beobachten.

Heftiges Rülpsen eines Schwarzen Lochs

Gleichzeitig kommt von der Europäischen Südsternwarte (ESO) die Nachricht, dass ein Astronomen-Team mit dem Very Large Telescope in Chile (VLT) eine ebenso spektakuläre Entdeckung gemacht hat: Den stärksten je gemessenen Materiestrom, den ein Schwarzes Loch von sich stößt. In einer Vorabveröffentlichung berichten sie über den Materifluss. Der Artikel erscheint demnächst in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.

Die Gruppe um Benoit Borguet von der Virginia Tech im amerikanischen Blacksburg spähte den Quasar mit der Katalognummer SDSS J1106+1939 aus und entdeckte dabei den gigantischen Materiefluss. Quasi-Stellare-Radioquellen, kurz Quasare genannt, sind junge Galaxien mit extrem leuchtkräftigem Kern, die in ihren Zentren supermassive und aktive Schwarze Löcher beherbergen.

Die von diesen Zentralmonstern ausgehende Materieströme sind wesentlich für die Entwicklung der Galaxien. Aber die Astronomen verzweifelten langsam an ihren Theorien, denn die bislang beobachteten Quasare stießen deutlich weniger Materie aus, als durch die Modelle vorhergesagt. Das hat sich jetzt schlagartig geändert, denn SDSS J1106+1939 strömt mindestens fünfmal so stark wie alle allen anderen bisher bekannten Quasare. Genau wie von der Theorie prognostiziert.

Künstlerische Darstellung der gigantischen Materieflüsse des Quasars SDSS J1106+1939; Bild: ESO

Der Materiestrom wurde circa 1.000 Lichtjahre vom supermassereichen Schwarzen Loch im Herzen des Quasars SDSS J1106+1939 entfernt aufgespürt. Die Daten des Teams um Benoit Borguet ergaben, dass der Quasar jedes Jahr Material in der Größenordnung von ungefähr 400 Sonnenmassen mit einer Geschwindigkeit von 8000 Kilometern pro Sekunde auspustet. Ko-Autor Nahum Arav von der Virginia Tech erläutert:

Wir haben den stärksten Quasar-Materiefluss aller Zeiten entdeckt. Von SDSS J1106+1939 wird das zweibillionenfache der Gesamtleistung der Sonne in Form von Materie bei hohen Geschwindigkeiten weggetragen. Das entspricht immerhin dem einhundertfachen der Abstrahlung der gesamten Milchstraße - ein wahrhaft gigantischer Energieausstoß also. Damit ist es erstmals gelungen, einen Quasar-Materiefluss zu messen, der so hohe Energiemengen zeigt, wie von der Theorie vorhergesagt. Nach etwas derartigem haben wir zehn Jahre lang gesucht. Es ist unglaublich aufregend, einen dieser lange vorhergesagten Monster-Materieflüsse gefunden zu haben!

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