Hubble entdeckt Belege für mittelschweres Schwarzes Loch

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So stellen sich die Astronomen das Verschlingen eines Sterns durch ein mittelschweres Schwarzes Loch vor (Illu.). Copyright: ESA/ Hubble, M. Kornmesser

So stellen sich die Astronomen das Verschlingen eines Sterns durch ein mittelschweres Schwarzes Loch vor (Illu.).
Copyright: ESA/ Hubble, M. Kornmesser

Durham (USA) – Mit den Weltraumteleskopen „Chandra, „XXM-Newton“ und „Hubble“ haben Astronomen deutliche Hinweise für ein sogenanntes intermediäres Schwarzes Loch, ein Schwarzes Loch mittlerer Masse – und damit für das bislang fehlende Bindeglied in der Familie Schwarzer Löcher – entdeckt.

Bislang hatten Astronomen nur zwei Kategorien Schwarzer Löcher nachgewiesen: Supermassereiche Schwarze Löcher, von einer Million bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen, die das Zentrum ganzer Galaxien – auch unserer Milchstraße – bilden, und sogenannte stellare stellare Schwarze Löcher, die beim Kollaps massenreicher Sterne entstehen und höchsten 50 Sonnenmassen schwer werden.

Wie das internationale Team Dacheng Lin von der University of New Hampshire aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/ab745b) berichtet, besitzt das nun entdeckte Objekt rund 50.000 Sonnenmassen und liegt damit als sogenanntes intermediäres Schwarzes Loch sozusagen im Mittelfeld der beiden bekannten Kategorien.

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Tatsächlich vermuteten Astronomen schon länger, dass es auch derart mittelschwere Schwarze Löcher (Intermediate Mass Black Holes, IMBHs) sozusagen als „Missing Link“ zwischen den bekannten Kategorien geben müsse und hatten auch schon einige potentielle Kandidaten ausfindig gemacht. Doch bislang fehlten direkte Beweise für die Mittelgewichte.

Mit dem Objekt 3XMM J215022.4-055108 (kurz J215-0551) hat sich dies nun geändert. Wie die Astronominnen und Astronomen berichten, sendet es eine Röntgenstrahlung aus, die zuvor schon auf früheren Aufnahmen der Röntgen-Weltraumteleskope „Chandra“ (NASA) und „XMM-Newton“ (ESA) festgestellt worden war.

Während eine genaue Bestimmung dieser Röntgenquelle bislang nicht möglich war, gelang dies den Wissenschaftlern nun mit Hilfe erneuter Aufnahmen der beiden Teleskope und des NASA-ESA-Weltraumteleskops „Hubble“. Die neuen Röntgenspektren erlaubten es den Astronomen nun, die genaue Position des Objekts außerhalb der Milchstraße zu identifizieren und so auszuschließen, dass es sich nicht doch um einen Neutronenstern innerhalb unserer eigenen Heimatgalaxie handelt.

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“Schwarze Löcher mit mittlerer Masse sind sehr schwer fassbare Objekte“, erläutert Lin und führt dazu weiter aus: “Deshalb ist es wichtig, alternative Erklärungen für jeden Kandidaten sorgfältig zu prüfen und auszuschließen.“

Hintergrund
Dieses Objekt ist nicht das erste, das als wahrscheinlicher Kandidat für ein Schwarzes Loch mit mittlerer Masse angesehen wird. 2009 hatten sich Hubble-Astronomen mit dem Swift-Observatorium der NASA und dem XMM-Newton der ESA zusammengetan und ein Objekt mit der Bezeichnung „HLX-1“ am Rand der Galaxie „ESO 243-49“ untersucht (…GreWi berichtete). Dieses befindet sich damit ebenfalls im Zentrum einer jungen, Ansammlung blauer Sterne, die möglicherweise einen abgespeckter Zwerggalaxienkern darstellen. Die Röntgenstrahlen kommen hier von einer heißen Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch. “Der Hauptunterschied besteht darin, dass unser Objekt einen Stern auseinanderreißt, was einen starken Beweis dafür liefert, dass es sich um ein massereiches Schwarzes Loch handelt, anstatt um ein Schwarzes Loch mit lediglich Sternmasse“, so Lin.

Die Masse des Schwarzen Lochs bestimmten die Astronomen um Lin nun zum einen anhand der Röntgen-Leuchtstärke und zum anderen über das Röntgenspektrum selbst, das im Vergleich zu anderen Kandidaten sehr eindeutig ausfalle und für ein Schwarzes Loch spreche.

Hubble-Aufnahme des vermutlich intermediären Schwarzen Lochs „J215-0551“ (siehe Kreis u.l.) in der Nachbarschaft eines Sternen-Clusters der Galaxie „Gal1“. Copyright: NASA/ESA und D. Lin/ University of New Hampshire

Hubble-Aufnahme des vermutlich intermediären Schwarzen Lochs „J215-0551“ (siehe Kreis u.l.) in der Nachbarschaft eines Sternen-Clusters der Galaxie „Gal1“.
Copyright: NASA/ESA und D. Lin/ University of New Hampshire

Die Hubble-Aufnahmen im sichtbaren Lichtspektrum zeigen, dass sich „J215-0551“ im Randbereich Gal1-Galaxie, vermutlich am Rande eines Sternenhaufens, befindet. Dieser Umstand weckte bei den Forschern schnell die Hoffnung, dass es sich nicht um ein supermassereiches Schwarzes Loch handelt, da diese für gewöhnlich das Zentrum von Galaxien bilden. Anhand der der geschätzten Masse des besagten Sternenhaufens schließen die Autoren, dass es sich bei dem mittelschweren Schwarzen Loch um die Überreste einer von „Gal1“ verschlungenen Zwerggalaxie handelt.

Hier scheint die gewaltige Schwerkraft des intermediären Schwarzen Lochs gerade dabei zu sein, einen ihm nahen Stern zu zerreißen und zu verschlingen (siehe Abb.). Nur deshalb zeichnete sich das Objekt auch in den aktuellen Aufnahmen ab, weil die um das Schwarze Loch kreisende Sternenmaterie beschleunigt und dabei so stark aufgeheizt wird, dass starke Röntgenstrahlung freigesetzt wird, die zu hoch ist, als dass sie von einem stellaren Schwarzen Loch verursacht werden könnte.

Wie solche mittelschweren Schwarzen Löcher allerdings genau entstehen, ist bislang noch ebenso unklar wie die Frage, ob sie zu supermasseschweren Schwarzen Löchern heranwachsen können. Von der Untersuchung von „J215-0551“ und anderer Kandidaten für intermediäre Schwarze Löcher erhoffen sich die Wissenschaftler somit also auch Aufschlüsse darüber, wie intermediäre und supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien entstehen können.

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Quelle: ESA, NASA, Astrophysical Journal Letters

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