Schwarze Löcher im Doppelpack

Inzwischen gehen Astronomen davon aus, dass die meisten großen Galaxien im Universum mindestens ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum aufweisen. In einigen aktiven und dadurch hell leuchtenden Galaxienkernen spürte man sogar Paare von supermassereichen Schwarzen Löchern auf, die sich in geringem Abstand umkreisen. Einem internationalen Forscherteam gelang ein solcher Fund nun auch in einer gewöhnlichen Galaxie ohne leuchtkräftigen Zentralbereich: Die Wissenschaftler hatten im richtigen Moment auf die richtige Stelle geschaut – und konnten so beobachten, wie eines der beiden Schwarzen Löcher einen Stern zerriss. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal“ veröffentlicht.

In einer aktiven Galaxie strömen kontinuierlich Gaswolken auf das zentrale Schwarze Loch, heizen sich auf und leuchten in zahlreichen Wellenlängenbereichen bis hin zur energiereichen Röntgenstrahlung. In einer ruhigen Galaxie erfolgt die Aufnahme von Materie dagegen nur sporadisch durch Sterne, die dem Zentrum zu nahe kommen. Das Gestirn wird dabei zunächst durch Gezeitenkräfte auseinandergezogen, was einen starken Ausbruch von Röntgenstrahlung zur Folge hat. Mit dem Röntgensatelliten XMM-Newton der Europäischen Raumfahrtagentur ESA hatten Forscher um Fukun Liu von der Peking-Universität in China deshalb eine große Anzahl von zufällig verteilten Positionen am Himmel erfasst und diese Daten in Bezug auf bisher unbekannte oder unerwartete Quellen von Röntgenstrahlung am Himmel analysiert.

Schwenkbewegungen von XMM-Newton

Am 10. Juni 2010 stießen die Wissenschaftler tatsächlich auf ein verdächtiges Röntgensignal aus der rund zwei Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie SDSS J120136.02+300305.5. Diese und weitere Beobachtungen stimmten zunächst mit dem erwarteten Erscheinungsbild für das Auseinanderreißen eines Sterns durch ein extrem massereiches Schwarzes Loch überein. Doch das Röntgensignal fiel zwischen den Tagen 27 und 48 nach der Entdeckung plötzlich unter die Nachweisgrenze, wurde anschließend wieder sichtbar und folgte erst dann wieder einer erwarteten Abschwächung. “Es ist genau das, was wir von einem Paar sich umkreisender supermassereicher Schwarzer Löcher erwarten würden”, erläutert Liu.

Liu hat Modellrechnungen von Paaren von Schwarzen Löchern durchgeführt, die genau vorhersagen, dass die Röntgenstrahlung plötzlich verlischt und wenig später wieder messbar wird. Der Grund dafür ist, dass die Gravitation von einem der Schwarzen Löcher den Materiefluss auf das andere unterbricht und damit zeitweise die Brennstoffversorgung für den Ausbruch von Röntgenstrahlung aufhebt. Nach seinen Rechnungen gibt es zwei mögliche Konfigurationen, die das beobachtete Verhalten der Röntgenstrahlung von J120136 erklären könnten. In der ersten Variante wird ein Schwarzes Loch mit zehn Millionen Sonnenmassen von einem zweiten mit einer Million Sonnenmassen auf einer elliptischen Bahn umkreist. In der zweiten Lösung sind die Massen von beiden Schwarzen Löchern jeweils zehnmal geringer, und ihre Bahn ist kreisförmig. In beiden Fällen sind die beiden Objekte nur 17 Lichtstunden voneinander entfernt – das entspricht gerade einmal der Ausdehnung unseres Sonnensystems. Bei diesem geringen Abstand ist das Schicksal des neu entdeckten Paares von Schwarzen Löchern klar vorherbestimmt: Sie werden ihre Umlaufsenergie allmählich abstrahlen und sich so auf einer spiralförmigen Bahn immer weiter annähern, bis sie schließlich in rund zwei Millionen Jahren zu einem einzigen Schwarzen Loch verschmelzen.

Nach dem Aufspüren des ersten Kandidaten für ein binäres Schwarzes Loch in einer gewöhnlichen Galaxie befindet sich die Suche nach weiteren Ereignissen dieser Art in vollem Gange. Ein Paar aus Schwarzen Löchern im Zentrum einer Galaxie gilt als eindeutiger Beweis dafür, dass dieses System durch die Verschmelzung von zwei Galaxien entstand.  „Mit Tausenden von solchen Ereignissen werden wir in der Lage sein, verlässliche statistische Aussagen darüber abzuleiten, in welcher Rate Galaxien miteinander verschmelzen“, erwartet Koautorin Stefanie Komossa vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.