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Astronomen finden intermediäres Schwarzes Loch

Bisher bester Kandidat für Missing Link der Schwerkraftgiganten

SChwarzes Loch
Ein intermediäres Schwarzes Loch zerreißt einen Stern – dieses Ereignis könnte Astronomen nun im All beobachtet haben. © ESA/ Hubble, M. Kornmesser

Spannende Entdeckung: Astronomen haben den bislang besten Kandidaten für ein intermediäres Schwarzes Loch gefunden – ein Missing Link unter den Schwerkraftgiganten. Mit rund 50.000 Sonnenmassen ist das Objekt viel schwerer als ein stellares Schwarzes Lochh, aber weit kleiner als die Giganten, die im Zentrum der meisten Galaxien liegen. Wie solche Zwischenstufen entstehen, ist bislang rätselhaft, um so spannender ist es, dass die Forscher nun eines dieser Missing Links aufgespürt haben könnten.

Nahezu alle Schwarzen Löcher, die wir kennen, fallen in zwei Kategorien: Entweder sie sind supermassereiche Giganten von einer Million bis zehn Milliarden Sonnenmassen und sitzen im Zentrum von Galaxien – wie Sagittarius A* im Herzen der Milchstraße. Oder aber es sind stellare Schwarze Löcher von maximal rund 50 Sonnenmassen, die durch den Kollaps eines massereichen Sterns entstanden sind. Ihre Existenz ist unter anderem durch Gravitationswellen belegt.

Lücke im mittleren Massebereich

Doch was liegt dazwischen? Schon länger vermuten Astronomen, dass es auch Schwarze Löcher mittlerer Größe geben müsste – sie sind gewissermaßen das „Missing Link“ im Spektrum der Schwarzen Löcher. „Aber trotz langer Suche hat man solche intermediären Schwarzen Löcher von 100 bis 100.000 Sonnenmassen bislang nicht beobachtet“, erklären Dacheng Lin von der University of New Hampshire und seine Kollegen.

Zwar gibt es einige Kandidaten, darunter ein LB-1 getauftes Schwarzes Loch von rund 70 Sonnenmassen, ein weiteres mit 428 Sonnenmassen sowie mehrere auffällige Röntgenquellen in Randbereichen anderer Galaxien. Eindeutige Belege dafür, dass es sich wirklich um intermediäre Schwarze Löcher handelt, fehlen aber. „Es ist wichtig, alle alternativen Erklärungen für jeden dieser Kandidaten abzuwägen und auszuschließen“, sagt Lin.

Ist J215-0551 das Missing Link?

Jetzt jedoch könnten die Forscher den bisher vielversprechendsten Kandidaten für ein solches Missing Link gefunden haben. Es handelt sich um ein Objekt, das starke Rön5genstrahlung aussendet und das schon 2006 in Aufnahmen der Röntgenteleskope Chandra und XMM-Newton aufgefallen war. Damals allerdings konnten Astronomen nicht feststellen., wo genau diese Röntgenquelle liegt und ob es sich nicht vielleicht doch nur um einen Neutronenstern in unserer eigenen Galaxie handelt.

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Deshalb haben Lin und seine Kollegen nun das Objekt 3XMM J215022.4-055108, kurz J215-0551 noch einmal mithilfe des Röntgenteleskops XMM-Newton und dem Weltraumteleskop Hubble genauer unter die Lupe genommen. Anhand des Röntgenspektrums konnten die Forscher die Art und Lage des Objekts näher eingrenzen. Die Aufnahmen des Hubble-Teleskops im sichtbaren licht halfen dabei, seine Größe und nähere Umgebung zu zeigen.

J215-0551
Das Schwarze Loch J215-0551 (weißer Kreis) und der Sternenhaufen in seiner Nachbarschaft. © NASA/ESA und D. Lin/ University of New Hampshire

Schwarzes Loch mit 50.000 Sonnenmassen

Das Ergebnis: J215-0551 ist kein naher Neutronenstern, sondern tatsächlich ein Schwarzes Loch in einer fremden Galaxie. Und: Dieses Schwarze Loch muss rund 50.000 Sonnenmassen schwer sein -es liegt damit genau im Bereich der intermediären Schwarzen Löcher. Diese Masse bestimmten die Astronomen sowohl anhand der Röntgen-Leuchtstärke als auch über die Form des Röntgenspektrums. „Dies ist weit verlässlicher als wenn man nur die Leuchtstärke nutzen würde, wie es für frühere Kandidaten der Fall war“, erklärt Lin.

Nach Ansicht der Astronomen ist J215-0551 damit einer der bisher besten Kandidaten für ein intermediäres Schwarzes Loch. Aus den Hubble-Aufnahmen geht hervor, dass es im Randbereich der Galaxie Gal1 liegt, wahrscheinlich in einem Sternenhaufen. Aus der geschätzten Masse dieses Clusters schließen die Forscher, dass es sich dabei möglicherweise um das Relikt einer zuvor von Gal1 geschluckten Zwerggalaxie handelt.

Sternenzerstörer in Aktion

Im Röntgenlicht sichtbar wird das intermediäre Schwarze Loch nur deshalb, weil es quasi auf frischer Tat ertappt wurde: Offenbar ist seine enorme Schwerkraft gerade dabei, einen nahen Stern zu zerreißen. Die dabei freigesetzte Materie kreist um das Schwarze Loch und wird so stark beschleunigt und aufgeheizt, dass sie intensive Röntgenstrahlung aussendet.

„Die Tatsache, dass dieses Schwarze Loch einen Stern zerreißt, liefert uns starke Belege dafür, dass es nicht bloß ein stellares Schwarzes Loch sein kann“, erklärt Lin. Denn diese würden keine so starke Strahlung und Energie freisetzen. Die inzwischen über zwölf Jahre hinweg beobachteten Röntgendaten von J215-0551 sprechen dafür, dass die Intensität dieser Strahlung inzwischen langsam abnimmt. Das spricht dafür, dass die Sternzerstörung abgeschlossen ist.

Wie die Astronomen das intermediäre Schwarze Loch identifiziert haben.© NASA/ Goddard

Viele Rätsel bleiben

Noch wissen die Astronomen relativ wenig über diesen neuen Kandidaten. Doch sie hoffen, dass weitere Beobachtungen dieses und anderer möglicher intermediärer Schwarzer Löcher ihnen mehr Informationen über diese Missing Links der Schwerkraftgiganten liefern werden. Denn noch ist völlig unklar, wie diese Schwarzen Löcher entstehen und ob sie möglicherweise durch Materieverschlingen oder Verschmelzungen zu noch größeren supermassereichen Schwarzen Löchern werden können.

„Den Ursprung und die Entwicklung von intermediären Schwarzen Löchern zu erforschen könnte uns auch endlich die Antwort darauf geben, wie die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien zustande kamen“, sagt Koautorin Natalie Webb von der Universität Toulouse. (Astrophysical Journal Letters, 2020; doi: 10.3847/2041-8213/ab745b)

Quelle: ESA, NASA/Goddard Space Flight Center

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