Die Entdeckung eines supermassiven Schwarzen Lochs in einer relativ kleinen Galaxie könnte Astronomen helfen, das Rätsel um das Wachstum der größten Schwarzen Löcher zu lösen. Wissenschaftler haben das Chandra X-ray Observatory der NASA genutzt, um ein in Gas und Staub eingebettetes Schwarzes Loch in der Galaxie Mrk 462 zu identifizieren, das etwa 200.000 Sonnenmassen aufweist.
Mrk 462 enthält nur mehrere hundert Millionen Sterne, was sie zu einer Zwerggalaxie macht. Im Gegensatz dazu umfasst unsere Milchstraßen-Galaxie ein paar hundert Milliarden Sterne. Dies ist eines der ersten Male, das in einer Zwerggalaxie ein stark verborgenes supermassives Schwarzes Loch gefunden wurde.
„Dieses Schwarze Loch in Mrk 462 gehört zu den kleinsten supermassiven Schwarzen Löchern“, sagte Jack Parker vom Darthmouth College in New Hampshire, der die Studie mit seinem Kollegen Ryan Hickox vom Dartmouth College leitete. „Schwarze Löcher wie dieses sind außerordentlich schwer zu finden.“
In größeren Galaxien finden Astronomen oft Schwarze Löcher, indem sie die schnellen Sternbewegungen in den galaktischen Zentren untersuchen. Allerdings sind Zwerggalaxien zu klein und schwach, so dass die meisten aktuellen Instrumente dies hier nicht registrieren können. Eine andere Methode besteht darin, nach den Signaturen von wachsenden Schwarzen Löchern zu suchen, beispielsweise Gas, das auf Millionen Grad aufgeheizt wird und im Röntgenbereich leuchtet, wenn es auf ein Schwarzes Loch zustürzt.
Für diese Studie nutzten die Forscher Chandra, um acht Zwerggalaxien zu beobachten, die bereits zuvor in optischen Daten des Sloan Digital Sky Survey Anzeichen für das Wachstum von Schwarzen Löchern zeigten. Von diesen acht Zwerggalaxien zeigte nur Mrk 462 die Röntgensignatur eines wachsenden Schwarzen Lochs. Die ungewöhnlich hohe Intensität der hochenergetischen Röntgenstrahlen im Vergleich zu den energiearmen Röntgenstrahlen und Vergleiche mit Daten in anderen Wellenlängen sprechen dafür, dass das Schwarze Loch in Mrk 462 stark von Gas verdeckt wird.
„Weil verborgene Schwarze Löcher noch schwerer zu finden sind als freiliegende, könnte die Entdeckung dieses Exemplars bedeuten, dass es dort draußen viele weitere Zwerggalaxien mit ähnlichen Schwarzen Löchern gibt“, sagte Hickox. „Das ist wichtig, weil es bei der Beantwortung einer großen Frage in der Astrophysik helfen könnte: Wie wurden Schwarze Löcher so früh im Universum so groß?“
Frühere Studien haben gezeigt, dass Schwarze Löcher bis in die Zeitspanne von weniger als einer Milliarde Jahre nach dem Urknall um bis zu einer Milliarde Sonnenmassen anwachsen können – das ist ein kleiner Bruchteil des heutigen Alters des Universums. Eine Theorie besagt, dass diese riesigen Objekte entstanden, als massereiche Sterne kollabierten, die nur etwa 100 Sonnenmassen wogen. Theoretische Arbeiten können jedoch nicht erklären, wie sie schnell genug so viel Masse zunehmen konnten, um die im jungen Universum beobachteten Größen zu erreichen.
Eine alternative Erklärung ist, dass das junge Universum mit Schwarzen Löchern übersät war, die bei ihrer Entstehung zehntausende Sonnenmassen besaßen und die möglicherweise aus dem Kollaps gigantischer Gas- und Staubwolken hervorgingen.
Video-Link: https://youtu.be/8XRDTf3KdS8
Ein großer Anteil der Zwerggalaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern unterstützt die Theorie, dass kleine Schwarze Löcher aus den frühesten Sterngenerationen außergewöhnlich schnell wuchsen, um die Objekte mit Milliarden Sonnenmassen im jungen Universum zu bilden. Ein kleinerer Anteil würde für die Theorie sprechen, dass Schwarze Löcher ihr Leben mit Massen von zehntausenden Sonnen begannen.
Diese Annahmen sind anwendbar, weil die für den direkten Kollaps einer Riesenwolke zu einem mittelgroßen Schwarzen Loch erforderlichen Bedingungen selten sein sollten. Daher geht man nicht davon aus, dass ein großer Anteil der Zwerggalaxien supermassive Schwarze Löcher enthalten würde. Stellare Schwarze Löcher werden dagegen in jeder Galaxie vermutet.
„Wir können keine eindeutigen Schlussfolgerungen aus einem Exemplar ziehen, aber dieses Ergebnis sollte viele weitere ausgedehnte Suchen nach verborgenen Schwarzen Löchern in Zwerggalaxien anstoßen“, sagte Parker. „Wir sind gespannt, was wir vielleicht erfahren werden.“
Diese Ergebnisse sollten auf dem 239. Treffen der American Astronomical Society in Salt Lake City präsentiert werden und waren ein Teil der virtuellen Pressekonferenz am 10. Januar 2022. Das Marshall Space Flight Center der NASA leitet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center am Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die wissenschaftlichen Operationen von Cambridge (Massachusetts) aus und die Flugoperationen werden in Burlington (Massachusetts) durchgeführt.
(THK)
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