Astronomen der University of California, Berkeley haben ein einzigartiges Phänomen im Universum entdeckt – nicht ein, sondern zwei massive Schwarze Löcher, die gleichzeitig Sterne innerhalb derselben Galaxie verschlingen. Diese außergewöhnliche Entdeckung wirft ein neues Licht auf die Entwicklung von Galaxien und die Wechselwirkung ihrer zentralen supermassiven Schwarzen Löcher, was eine Schlüsselrolle für das Verständnis zukünftiger Gravitationswellen spielen könnte.

Eine ungewöhnliche Entdeckung: ein Schwarzes Loch außerhalb des galaktischen Zentrums

Bisher haben Astronomen hauptsächlich massive Schwarze Löcher gefunden, die Sterne in den dichten Zentren großer Galaxien zerstören. Eine neue Studie aus Berkeley stellt jedoch eine Ausnahme dar – ein Schwarzes Loch mit einer Masse von etwa einer Million Sonnen, das sich außerhalb des Zentrums der Galaxie befindet, in ihrem zentralen Bulge, etwa 2.600 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Dieses Schwarze Loch wurde dank eines extrem seltenen Ereignisses entdeckt, das als Gezeitenstörungsereignis (TDE) bekannt ist, bei dem ein Schwarzes Loch einen Stern mit starken Gravitationskräften zerreißt, die den Stern in eine „Spaghetti“-Form ziehen, wobei intensive Lichtausbrüche entstehen.

Normalerweise befinden sich massive Schwarze Löcher genau im Zentrum von Galaxien, wie unserer Milchstraße und ihrem zentralen Objekt Sagittarius A*, das etwa 4 Millionen Sonnenmassen wiegt. Dieses neue Schwarze Loch ist jedoch ein „Wanderer“ im zentralen Teil der Galaxie und stellt somit den ersten optisch entdeckten Fall eines TDE außerhalb des galaktischen Kerns dar.

Zwei massive Verschlinger – eine Möglichkeit für eine zukünftige Verschmelzung

Die Galaxie, in der dieses bemerkenswerte Schwarze Loch entdeckt wurde, enthält auch ihr eigenes zentrales supermassives Schwarzes Loch mit einer Masse von etwa 100 Millionen Sonnenmassen, das derzeit ebenfalls umgebendes Gas konsumiert. Solche Situationen sind den Wissenschaftlern nicht unbekannt, da große Galaxien bei kosmischen Kollisionen oft verschmelzen, was zur gleichzeitigen Existenz von zwei oder mehr massiven Schwarzen Löchern innerhalb einer einzigen Galaxie führen kann. Mit der Zeit können sich diese Schwarzen Löcher annähern und zu einem noch massiveren Objekt verschmelzen, und solche Ereignisse erzeugen Gravitationswellen, die mit speziellen Instrumenten nachgewiesen werden können.

Wie haben sie diese Seltenheit entdeckt?

Das neue Schwarze Loch und sein TDE-Ereignis mit der Bezeichnung AT2024tvd wurden mit der Zwicky Transient Facility (ZTF) beobachtet – einem optischen Teleskop am Palomar-Observatorium in Kalifornien. Die Bestätigung erfolgte durch zusätzliche Studien mittels Röntgen- und Radiowellen sowie durch Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Diese Methoden ermöglichten eine genaue Lokalisierung der Quelle des Lichtblitzes und bestätigten, dass das Ereignis nicht im eigentlichen Zentrum der Galaxie, sondern an ihren Rändern stattfand.

Solche „wandernden“ Objekte und ihre TDE-Ereignisse sind sehr selten, da Astronomen schätzen, dass ein massives Schwarzes Loch im Durchschnitt etwa alle 30.000 Jahre einen Stern zerstört. Genau deshalb ist diese Entdeckung so bedeutsam – sie eröffnet die Möglichkeit, viele andere ähnliche „wandernde“ Schwarze Löcher zu finden, die im Laufe der Geschichte von Galaxienverschmelzungen entstanden sind.

Was bedeutet das für die Zukunft der Astronomie?

Die Entdeckung solcher Schwarzen Löcher, die sich nicht im Zentrum einer Galaxie befinden, hat große Auswirkungen auf die Entwicklung von Theorien über die Evolution von Galaxien und das Verhalten ihrer zentralen Objekte. Es gibt zwei Haupttheorien über den Ursprung dieses „wandernden“ Schwarzen Lochs. Die erste besagt, dass es sich um den Überrest einer kleinen Galaxie handelt, die vor langer Zeit mit einer größeren verschmolzen ist und das Schwarze Loch immer noch darin umkreist. Die zweite, faszinierendere Theorie geht davon aus, dass dieses Schwarze Loch einst Teil eines Dreifach-Schwarzen-Loch-Systems im Zentrum der Galaxie war, aber aufgrund von Gravitationswechselwirkungen auf diese entfernte Bahn geschleudert wurde.

Erica Hammerstein, eine der Forscherinnen, hat die Hubble-Bilder detailliert untersucht und keine klaren Spuren einer vergangenen Galaxienverschmelzung gefunden, was die Diskussionen über die wahre Ursache der Position des Schwarzen Lochs weiter anheizt.

Die Suche nach TDE-Ereignissen und ihre Bedeutung

Bei der Suche nach solch seltenen Lichtexplosionen ist das ZTF-System von entscheidender Bedeutung. Dieses Teleskop, obwohl hauptsächlich für die Entdeckung von Supernovae konzipiert, hat sich auch als äußerst effektiv bei der Entdeckung von TDEs erwiesen. Bisher hat ZTF fast hundert solcher Ereignisse identifiziert, und fast alle befinden sich im Zentrum von Galaxien. Die Ausnahme AT2024tvd verändert das Paradigma erheblich, da sie die Tür für die Erforschung anderer außergewöhnlicher Fälle öffnet.

TDE-Ereignisse sind für die astronomische Wissenschaft von unschätzbarem Wert, da sie es ermöglichen, die Physik der Materieakkretion um Schwarze Löcher zu verstehen und die Bedingungen aufzudecken, unter denen Schwarze Löcher starke Jets und Winde erzeugen können.

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) – ein Blick in die Zukunft

Die Entdeckung solcher Schwarzen Löcher und ihrer Wechselwirkungen wird für die bevorstehende Weltraummission LISA von besonderer Bedeutung sein, die im nächsten Jahrzehnt damit beginnen soll, nach Gravitationswellen aus der Verschmelzung von supermassiven Schwarzen Löchern zu suchen. Während bestehende Detektoren wie LIGO und Virgo kleinere Schwarze Löcher und Neutronensterne verfolgen, wird sich LISA auf Objekte mit Massen von Millionen von Sonnen konzentrieren, wie die in der Galaxie von AT2024tvd.

Sobald LISA betriebsbereit ist, werden Astronomen die Verschmelzungen solch massiver Objekte genauer verfolgen und die Dynamik galaktischer Kerne sowie die Entwicklung der größten Strukturen im Universum besser verstehen können.

Die Bedeutung der systematischen Suche nach ungewöhnlichen Schwarzen Löchern

Yuhan Yao, die leitende Forscherin, betont, dass dies das erste Mal ist, dass ein solches TDE außerhalb des Zentrums einer Galaxie entdeckt wurde und dass die Entdeckung Wissenschaftler dazu anregt, zu überlegen, wie häufig solche Ereignisse sind und wie viele „wandernde“ Schwarze Löcher tatsächlich in Galaxien existieren.

Bisherige Suchen konzentrierten sich in der Regel auf galaktische Zentren, aber neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass zukünftige Durchmusterungen ihren Fokus erweitern sollten, um mehr dieser seltenen Phänomene zu finden. Auch die Entwicklung von Algorithmen, die die Lichtblitze von Supernovae von TDE-Ereignissen unterscheiden, ermöglicht präzisere und schnellere Entdeckungen.

Globale Zusammenarbeit und zukünftige Herausforderungen

An der Forschung waren 34 Koautoren aus verschiedenen internationalen Institutionen beteiligt, was unterstreicht, wie interdisziplinär und international vernetzt dieses Gebiet der Astronomie ist. Die Partnerschaft von ZTF und die Unterstützung der US-amerikanischen National Science Foundation ermöglichten diese bahnbrechende Analyse und enthüllten eine neue Dimension bei der Erforschung der Geheimnisse des Kosmos.

Mit dem Fortschritt der Wissenschaft wird die Suche nach „wandernden“ Schwarzen Löchern und die Beobachtung ihrer TDEs eine der Hauptaufgaben der modernen Astrophysik werden, und ihr Verständnis wird uns helfen, die verborgenen Prozesse aufzudecken, die unsere kosmische Umgebung formen.

Quelle: UC Berkeley