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    Astronomen entdecken den Tanz von Schwarzen Löchern

    Zwei extrem große Schwarze Löcher „fielen“ in einer weit entfernten Galaxie über einen Stern her und rissen ihn in Stücke. Ausgerechnet in dem Moment, als der europäische Röntgensatellit XMM-Newton hinsah.

    Astronomen nehmen an, dass die meisten großen Galaxien im Universum mindestens ein massereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum aufweisen. Auch in unserer, der „Milchstraße“, sitzt ein solches im Zentrum. Es ist vier Millionen mal so schwer wie unsere Sonne. Besitzt eine Galaxie sogar zwei superschwere Schwarze Löcher in ihrem Inneren, ist das ein eindeutiger Beweis, dass sie durch die Verschmelzung von zwei Galaxien entstanden ist. 

    Künstlerische Darstellung eines dicht benachbarten Paares von Schwarzen Löchern. Eines der beiden akkretiert („verschluckt“) die Überreste eines auseinandergerissenen Sterns, während das andere diesen Gasstrom zeitweise unterbricht.
    Künstlerische Darstellung eines dicht benachbarten Paares von Schwarzen Löchern. Eines der beiden akkretiert („verschluckt“) die Überreste eines auseinandergerissenen Sterns, während das andere diesen Gasstrom zeitweise unterbricht.
    Foto: ESA/C. Carreau

    Bis heute konnten nur eine Handvoll Kandidaten für solche Paare gefunden werden, Es waren stets Fälle, in denen die Schwarzen Löcher permanent Gaswolken auseinanderreißen und „auffressen“. Das führt zu starken Strahlungsausbrüchen, weswegen man von „aktiven Galaxien“ spricht. Aber längst nicht jeder Kern einer Galaxie verrät auf diese Weise seine Natur.

    Viel mehr Paare bewegen sich auf dem kosmischen Tanzboden, als vermutet

    Die Beobachtung des Röntgensatellits lässt vermuten, dass Paare Schwarzer Löcher häufiger sind, als bisher bekannt: „Es könnte eine ganzen Population von nicht aktiven Galaxien geben, die binäre Schwarze Löcher in ihren Zentren aufweisen”, sagt Stefanie Komossa vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, Ko-Autorin der Veröffentlichung. Aber der Nachweis ist eine sehr schwierige Aufgabe, da hier keine Gaswolken zur regelmäßigen „Fütterung“ der Schwarzen Löcher beitragen und die Kernbereiche dieser Galaxien somit dunkel bleiben.

    Um die Chancen zu erhöhen, ein derartiges Ereignis nun doch aufzuspüren, nutzen die Forscher den Röntgensatelliten XMM-Newton der Europäischen Raumfahrtagentur ESA auf neuartige Weise: Normalerweise nimmt das Röntgenobservatorium Daten von vorgegebenen Positionen am Himmel auf. Sobald eine Beobachtung abgeschlossen ist, schwenkt es weiter. Der Trick ist nun, dass während der Schwenkbewegung die Instrumente des Röntgensatelliten eingeschaltet bleiben und weiter aufzeichnen. Auf diese Weise wird eine große Anzahl von zufällig verteilten Positionen am Himmel erfasst und diese Daten können in Bezug auf bisher unbekannte oder unerwartete Quellen von Röntgenstrahlung am Himmel analysiert werden.

    Strahlungsausbruch unterbricht die „Verdauung“

    So wurde die neue Galaxie mit ihren sternfressenden Schwarzen Löchern entdeckt, ein echter Glücksfall, weil der Strahlungsausbruch während der „Verdauung“ des zerstörten Sterns nur wenige Wochen dauert. Ein zeitweiser Rückgang der Strahlung brachte den Forscher den Nachweis, dass es sich um ein doppeltes Schwarzes Loch handeln muss: die Schwerkraft des einen unterbricht während der Umkreisung den Materiefluss auf das andere.

    Der Röntgensatellit XMM-Newton, der europäischen Raumfahrtagentur (ESA) wurde im Dezember 1999 gestartet.
    Der Röntgensatellit XMM-Newton, der europäischen Raumfahrtagentur (ESA) wurde im Dezember 1999 gestartet.
    Foto: ESA

    Eine Hochzeit mit schwerkräftigen Folgen

    Aus den Messungen lassen sich sogar die Massen der beiden Löcher errechnen: Das größere besitzt mindestens eine Million Sonnenmassen, das andere ein Zehntel davon. Sie umkreisen einander in „nur“ 18 Milliarden Kilometer (17 Lichtstunden) – das entspricht gerade mal der Ausdehnung unseres Sonnensystems oder dem derzeitigen Abstand der Raumsonde Voyager 1 von der Erde. So ist das Schicksal des neuentdeckten Paares klar vorherbestimmt. Die Partner werden ihre Umlauf-Energie abstrahlen, wie es Albert Einstein vorausberechnet hat und sich so auf einer spiralförmigen Bahn immer weiter annähern, bis sie schließlich in zwei Millionen Jahren zu einem einzigen Schwarzen Loch verschmelzen.

    Solche Verschmelzungen dürften die ungeheuerlichsten konsmischen Ereignisse überhaupt darstellen: „Die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher dürfte die stärkste Quelle für Gravitationswellen im ganzen Universum darstellen“, sagt Fukun Liu von der Peking-Universität, der die Beobachtung zusammen mit Stefanie Komossa veröffentlichte: A milli-parsec supermassive black hole binary candidate in the galaxy SDSS J120136.02+300305.5

    Die systematischen XMM-Newton-Beobachtungen während der Schwenks werden fortgesetzt. „Mit tausenden von solchen Ereignissen werden wir in der Lage sein, verlässliche statistische Aussagen darüber abzuleiten, in welcher Rate Galaxien miteinander verschmelzen“, erwartet Stefanie Komossa.

     

    MPIfR / jo

     

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