Doppeltes supermassereiches Schwarzes Loch

Im Zentrum einer 3,2 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie kreisen zwei Schwarze Löcher mit einer Gesamtmasse von etwa 300 Millionen Sonnenmassen in einem Abstand von weniger als einem Lichtjahr umeinander. Das zeigt die systematische Auswertung der über neun Jahre gesammelten Helligkeitsdaten von 247 000 Quasaren durch ein Forscherteam aus den USA. Das Schwarze Doppel-Loch mit der Katalogbezeichnung PG 1302–102 verrät sich durch eine regelmäßige Schwankung seiner Helligkeit mit einer Periode von 1884 Tagen, berichten die Forscher im Fachblatt „Nature“.

„Der plausibelste Mechanismus zur Erklärung dieses Phänomens ist ein Doppelsystem aus zwei supermassereichen Schwarzen Löchern mit sehr geringem Abstand“, erläutern Matthew Graham vom California Institute of Technology und seine Kollegen. „Solche Systeme sind eine erwartete Folge der Verschmelzung von Galaxien und können uns wichtige Informationen über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien liefern.“ Nach den heutigen Vorstellungen der Himmelsforscher wachsen Galaxien durch Zusammenstöße und Verschmelzungen. Da sich im Zentrum der meisten Sternsysteme supermassereiche Schwarze Löcher befinden, sollte es im Zuge des Prozesses auch zur Bildung von Doppelsystemen kommen.

Dabei nähern sich die Schwarzen Löcher in zwei Phasen durch zwei unterschiedliche Prozesse einander an. Zunächst katapultieren die massereichen Objekte die Sterne aus ihrer Umgebung heraus und verlieren dadurch Drehimpuls. Später verlieren sie dann durch die zunehmende Aussendung von Gravitationswellen an Energie. „Wir erwarten, dass die meisten dieser Systeme den größten Teil ihrer Lebensdauer in der Übergangszeit zwischen diesen beiden Phasen verbringen“, so Graham und seine Kollegen. Und genau das scheint auf PG 1302-102 zuzutreffen: Der von den Forschern ermittelte Abstand von etwa 0,03 Lichtjahren liegt genau im Bereich der Vorhersagen für diese Übergangszeit.

Die beiden Schwarzen Löcher stehen damit zu nahe beieinander, um selbst mit großen Teleskopen als getrennte Objekte sichtbar zu sein. Deshalb haben die Forscher die von zahlreichen automatischen Teleskopen gesammelten Helligkeitsdaten nach verräterischen periodischen Schwankungen durchforstet. Das Team schließt andere Erklärungen für die beobachtete Variation bei PG 1302–102 aus: Sie führen entweder zu unrealistisch großen Massen für ein einzelnes Schwarzes Loch oder erzeugen andere Arten von Helligkeitsschwankungen. Ist die Interpretation der Forscher korrekt, so sollte sich durch die Abstrahlung von Gravitationswellen die Periode der Schwankung innerhalb von Jahrzehnten messbar verkleinern. Außerdem weisen Graham und seine Kollegen darauf hin, dass PG 1302–102 ein geeignetes Objekt für den Nachweis von niederfrequenten Gravitationswellen mit einem künftigen Detektor im Weltall ist.