Astronomen finden ein supermassives Schwarzes Loch an einem ungewöhnlichen Ort

Dieses von einem Computer simulierte Bild zeigt ein supermassives Schwarzes Loch im Kern einer Galaxie. Die schwarze Region im Zentrum repräsentiert den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, wo kein Licht seiner Gravitationskraft entkommen kann. Die Gravitation verzerrt den Raum und das Licht der Sterne im Hintergrund. (NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI))
Dieses von einem Computer simulierte Bild zeigt ein supermassives Schwarzes Loch im Kern einer Galaxie. Die schwarze Region im Zentrum repräsentiert den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, wo kein Licht seiner Gravitationskraft entkommen kann. Die Gravitation verzerrt den Raum und das Licht der Sterne im Hintergrund. (NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI))

Astronomen haben ein beinahe rekordbrechendes supermassives Schwarzes Loch mit 17 Milliarden Sonnenmassen an einem unwahrscheinlichen Ort entdeckt: im Zentrum einer Galaxie in einer spärlich besiedelten Region des Universums. Die Beobachtungen, durchgeführt vom Weltraumteleskop Hubble und dem Gemini-Teleskop auf Hawaii, könnten darauf hindeuten, dass diese riesigen Objekte möglicherweise häufiger sind als bislang gedacht.

Bis jetzt wurden die größten supermassiven Schwarzen Löcher – jene mit ungefähr zehn Milliarden Sonnenmassen – in den Kernen sehr großer Galaxien gefunden, die sich zusammen mit anderen großen Galaxien in dicht besiedelten Regionen des Universums befinden. Der aktuelle Rekordhalter besitzt 21 Milliarden Sonnenmassen und liegt im dichten Coma-Galaxienhaufen, der aus über 1.000 Galaxien besteht.

“Das neu entdeckte übergroße Schwarze Loch befindet sich im Zentrum einer massereichen elliptischen Galaxie namens NGC 1600 in einem ‘kosmischen Nebengewässer’, einer kleinen Gruppe von etwa 20 Galaxien”, sagte die Entdeckerin Chung-Pei Ma, eine Astronomin von der University of California in Berkeley. Ma ist außerdem die Vorsitzende des MASSIVE Survey, einer Studie der massereichsten Galaxien und supermassiven Schwarzen Löcher im lokalen Universum. Während die Entdeckung eines gigantischen Schwarzen Lochs in einer massereichen Galaxie innerhalb einer dicht besiedelten Region des Universums zu erwarten ist (so wie das Finden eines Wolkenkratzers in Manhattan), schien es weniger wahrscheinlich, dass sie in den “Kleinstädten” des Universums gefunden werden könnten.

“Es gibt einige Galaxien mit der Größe von NGC 1600, die zu mittelgroßen Galaxiengruppen gehören”, sagte Ma. “Wir schätzen, dass diese kleineren Gruppen etwa 50 Mal häufiger vorkommen als spektakuläre Galaxienhaufen wie der Coma-Galaxienhaufen. Die Frage ist jetzt also, ob dies nur die Spitze des Eisbergs ist. Vielleicht gibt es mehr derart große Schwarze Löcher dort draußen, die nicht in einem Wolkenkratzer in Manhattan leben, sondern in einem großen Gebäude irgendwo in den Ebenen des Mittleren Westens”, verglich sie.

Die Forscher waren auch überrascht festzustellen, dass das Schwarze Loch zehnmal massereicher ist, als sie für eine Galaxie dieser Masse vorhergesagt hatten. Basierend auf früheren Hubble-Beobachtungen von Schwarzen Löchern hatten Astronomen einen Zusammenhang zwischen der Masse eines Schwarzen Lochs und der Masse der zentralen Sternansammlung (Bulge) in seiner Heimatgalaxie hergestellt: je größer der Bulge, desto größer ist die Masse des Schwarzen Lochs im Verhältnis. Aber bei der Galaxie NGC 1600 überragt die Masse des riesigen Schwarzen Lochs die Masse ihres relativ spärlichen Bulges bei weitem. “Es scheint so, dass dieser Zusammenhang nicht gut mit extrem massereichen Schwarzen Löchern funktioniert. Sie umfassen einen größeren Bruchteil der Masse ihrer Heimatgalaxien”, sagte Ma.

Ma und ihre Kollegen berichten in der Nature-Ausgabe vom 6. April 2016 über die Entdeckung des Schwarzen Lochs, das rund 200 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbildes Eridanus liegt. Jens Thomas vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching (Deutschland) ist der Hauptautor der Abhandlung.

Eine Möglichkeit, die enorme Größe des Schwarzen Lochs zu erklären, ist die Verschmelzung mit einem anderen Schwarzen Loch vor langer Zeit, als Interaktionen zwischen Galaxien häufiger vorkamen. Wenn zwei Galaxien miteinander verschmelzen, siedeln sich ihre zentralen Schwarzen Löcher im Kern der neuen Galaxie an und umkreisen einander. Sterne, die in Richtung des doppelten Schwarzen Lochs fallen, können abhängig von ihrer Bahn und Geschwindigkeit Schwung von dem Paar erhalten und genug Geschwindigkeit aufnehmen, um aus dem Kern der Galaxie zu entkommen.

Diese gravitative Interaktion lässt sich die beiden Schwarzen Löcher langsam annähern, bis sie letztendlich verschmelzen und ein noch größeres Schwarzes Loch bilden. Das supermassive Schwarze Loch wächst dann weiter, indem es Gas aufnimmt, das durch galaktische Kollisionen in Richtung des Kerns kanalisiert wird. “Um so massereich zu werden, hätte das Schwarze Loch eine sehr gierige Phase durchlebt haben müssen, in der es große Mengen Gas verschlang”, sagte Ma.

Die häufigen Mahlzeiten, die von NGC 1600 verschlungen wurden, könnten auch der Grund sein, warum die Galaxie in einer kleinen “Stadt” mit wenigen galaktischen Nachbarn zu finden ist. NGC 1600 ist die dominanteste Galaxie in ihrer Gruppe und mindestens drei Mal heller als ihre Nachbarn. “Andere Gruppen wie diese haben nur selten einen solchen Helligkeitsunterschied zwischen der hellsten und der zweithellsten Galaxie”, sagte Ma.

Der Großteil des Gases in der Galaxie wurde vor langer Zeit verbraucht, als es in Richtung des Schwarzen Lochs strömte. Infolgedessen heizte sich die Materie zu einem leuchtendem Plasma auf und das Schwarze Loch erstrahlte als heller Quasar. “Jetzt ist das Schwarze Loch ein schlafender Riese”, sagte Ma. “Wir fanden es nur, indem wir dir Geschwindigkeiten der Sterne in seiner Nähe maßen, die stark von der Gravitation des Schwarzen Lochs beeinflusst werden. Die Geschwindigkeitsmessungen geben uns eine Schätzung über die Masse des Schwarzen Lochs.”

Die Geschwindigkeitsmessungen wurden vom Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) am Gemini North 8-Meter Teleskop auf dem Mauna Kea (Hawaii) durchgeführt. GMOS trennte spektroskopisch das Licht aus dem Zentrum der Galaxie und enthüllte Sterne, die weniger als 3.000 Lichtjahre vom Kern entfernt sind. Einige dieser Sterne umkreisen das Schwarze Loch und vermeiden nahe Begegnungen. Sterne, die sich auf einer direkteren Bahn vom Kern entfernen sprechen allerdings dafür, dass sie sich näher an das Zentrum bewegt hatten und fortkatapultiert wurden, höchstwahrscheinlich von zwei Schwarzen Löchern.

Archivierte Hubble-Aufnahmen, erstellt vom Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), unterstützen die Theorie, dass ein Paar Schwarzer Löcher die Sterne wegschleuderte. Die NICMOS-Bilder offenbarten, dass der Kern der Galaxie ungewöhnlich schwach ist, was auf einen Mangel an Sternen nahe des galaktischen Zentrums hindeutet. Ein sternarmer Kern unterscheidet massereiche Galaxien von normalen elliptischen Galaxien, die in ihren Zentren viel heller sind. Ma und ihre Kollegen schätzten, dass die Menge der aus der Zentralregion herauskatapultierten Sterne etwa 40 Milliarden Sonnen entspricht – vergleichbar mit dem Herausschleudern der gesamten Scheibe aus unserer Milchstraßen-Galaxie.

Quelle: http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/behemoth-black-hole-found-in-an-unlikely-place

(THK)

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