Astronomen entdecken drei supermassereiche Schwarze Löcher auf Kollisionskurs Kollision dreier Titanen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Kollision dreier Titanen

Astronomen entdecken drei supermassereiche Schwarze Löcher auf Kollisionskurs

drei AGNs
Diese Kompositaufahme zeigt das neuentdeckte Trio supermassereicher Schwarzer Löcher auf Kollisionskurs. © Chandra X-ray Observatory

Giganten im Todestanz: Astronomen haben drei supermassereiche Schwarze Löcher auf Kollisionskurs entdeckt – eine echte Rarität. Die Schwerkraftgiganten liegen im Zentrum von drei Galaxien, die gerade miteinander verschmelzen. Ihre Entdeckung bietet einen einzigartigen Einblick in den Prozess, durch den Galaxien wachsen und gigantische Schwarze Löcher entstehen. Ob am Ende alle drei Schwarzen Löcher verschmelzen oder ob eines ausgeschleudert wird, ist jedoch offen.

Im Zentrum nahezu aller Galaxien sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch – auch im Herzen unserer Milchstraße. Erst die enorme Schwerkraft dieser Giganten hält die Galaxien zusammen und prägt ihr Verhalten. Doch was passiert, wenn Galaxien kollidieren? Beobachtungen und Modelle sprechen dafür, dass dann auch die Schwarzen Löcher in ihren Zentren miteinander verschmelzen. Allerdings gibt es auch Fälle, in denen die beiden Schwerkraftgiganten einander noch überraschend lange Zeit eng umkreisen – die Galaxie hat dadurch gleich zwei zentrale Schwarze Löcher.

AGN-Trio
Aufnahmen der drei Galaxienkerne vom Large Binocular Telescope (optical) und vom Chandra-Röntgentelekop. © NASA/CXC/George Mason Univ./ R. Pfeifle et al., SDSS und NASA/STScI

Drei auf einen Streich

Warum die Kollision der Giganten manchmal ausbleibt oder sich zumindest verzögert, wollten Ryan Pfeifle von der George Mason University in Fairfax und Team näher untersuchen. Deshalb haben sie in astronomischen Beobachtungsdaten zunächst gezielt nach Galaxien im Zustand der Verschmelzung gesucht. Diese nahmen sie dann dem NASA-Röntgenteleskop Chandra und dem Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona ins Visier, um den Zustand ihrer aktiven Galaxienkerne zu begutachten.

Das überraschende Ergebnis: Neben einigen kollidierenden Galaxien mit Doppelkern entdeckten die Astronomen auch eine Karambolage, die gleich drei Galaxien umfasste. „Wir sind förmlich über dieses erstaunliche System gestolpert“, sagt Pfeifle. Zwar hatten Teleskope zwei dieser Galaxien schon zuvor gesichtet, der Dritte im Bunde trat jedoch erst jetzt zutage. Das Dreiersystem liegt rund eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt und trägt den offiziellen Namen SDSS J084905.51+111447.2, kurz SDSS J0849+1114.

Aktive Galaxienkerne im Nahtanz

Die spannende Frage war nun: Was ist mit den zentralen Schwarzen Löchern dieser drei Galaxien? Ein erstes Indiz lieferten die Aufnahmen des Röntgenteleskops Chandra. Sie enthüllen drei intensiv strahlende Röntgenquellen – klare Anzeichen für drei supermassereiche Schwarze Löcher, die aktiv Materie verschlingen. Ergänzende Beobachtungen mit dem LBT sowie mit Infrarotteleskopen zeigten zudem die typischen Spektralsignaturen von eingesaugter Materie im Umfeld dieser Objekte.

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„Dies ist der bisher stärkste Beleg für ein Dreifachsystem aus aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern“, sagt Pfeifle. Den Teleskopdaten zufolge liegen diese aktiven Galaxienkerne nur noch zwischen 11.000 und 23.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Größere Mengen an Gas und Staub sprechen zudem dafür, dass sie bereits intensiv miteinander wechselwirken, wie die Astronomen berichten.

Drei supermassereiche Schwarze Löcher kurz vor der Verschmelzung.© Chandra X-ray Observatory

Wie geht es mit dem Trio weiter?

Wie aber geht dieses Szenario weiter? Wie die Astronomen erklären, werden wahrscheinlich zuerst zwei der Schwarzen Löcher miteinander verschmelzen. Denn die Präsenz eines Dritten im Bunde kann einem sich umkreisenden Paar solcher Galaxienkerne den entscheidenden Impuls für die letzte, finale Annäherung geben. „Ein drittes supermassereiches Schwarzes Loch kann so die Zeit bis zur Verschmelzung signifikant verkürzen“, erklären Pfeifle und seine Kollegen. Computermodellen zufolge könnte dieser Trio-Effekt sogar bei 16 Prozent aller Galaxienkollisionen zum Tragen kommen.

Allerdings kann der Schwerkrafteinfluss des dritten Schwarzen Lochs auch den gegenteiligen Effekt haben, wie die Forscher erklären: Statt die Giganten einander anzunähern, wirken die Wechselwirkungen wie ein Katapult und schleudern eines der drei Schwarzen Löcher weit ins All hinaus. „Das resultiert dann in einem galaxienlos umherwandernden supermassereichen Schwarzen Loch“, so die Astronomen. Indizien für einen solchen Ausstoß haben Forscher bereits 2017 in einem fernen Quasar entdeckt – allerdings war es in diesem Fall die Folge einer Zweierkollision.

Um mehr über die Interaktion von aktiven Galaxienkernen zu erfahren, wollen die Astronomen nun nach weiteren Fällen solcher Dreifach-Verschmelzungen suchen. Sollten sie dabei verschiedene Stadien dieser Kollisionen finden, könnte dies helfen, das Schicksal solcher Tripletts aus Schwarzen Löchern aufzuklären. (The Astrophysical Journal, in press)

Quelle: Chandra X-ray Observatory / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

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