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Das System SDSS J084905.51+111447.2 im optischen Licht (oben) und durch „Chandras“ Röntgenblick (unten).

Astronomie

Drei schwarze Löcher auf Kollisionskurs - Forscher machen seltene Entdeckung

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Drei schwarze Löcher, die im Begriff sind, miteinander zu verschmelzen - dieses seltene Phänomen haben Forscher mit Hilfe eines Tricks gefunden. Nun hoffen sie, weitere Systeme schwarzer Löcher zu finden.

Astronomen haben drei gigantische schwarze Löcher entdeckt, die sich auf Kollisionskurs befinden. Zahlreiche Beobachtungen mit unterschiedlichen Teleskopen waren notwendig, um das seltene Phänomen aufzuspüren. „Zweifache und dreifache schwarze Löcher sind äußerst selten“, erklärt Shobita Satyapal, Co-Autorin einer Fachpublikation, die im Magazin „The Astrophysical Journal“ erscheint. „Wir haben nur nach Paaren von schwarzen Löchern gesucht und sind durch unsere Auswahltechnik über dieses erstaunliche System gestolpert“, sagt Ryan Pfeifle von der George-Mason-Universität in Fairfax im US-Bundesstaat Virginia, ein weiterer Autor des Papers.

Das System, in dem sich die drei schwarzen Löcher befinden, trägt den komplizierten Namen SDSS J084905.51+111447.2. Es ist eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt - die schwarzen Löcher befinden sich zwischen 10.000 und 30.000 Lichtjahren voneinander entfernt. Das System war gar nicht so leicht zu entdecken - unter anderem, weil es von Gas und Staub umhüllt ist. So wird ein Großteil des Lichts, das es produziert, blockiert.

Forscher blicken mit Infrarot- und Röntgen-Teleskop auf schwarzes Loch

Um dieses Problem zu umgehen, nutzten die Forscher vor allem Infrarot- und Röntgenbilder. Beide Strahlungsarten dringen leichter durch die Gaswolken als optisches Licht. Gleich mehrere Teleskope, die teils auf der Erde, teils im Weltall stationiert sind, nutzten die Forscher für ihre Arbeit. Zuerst scannte das „Sloan Digital Sky Survey“-Teleskop (SDSS) in New Mexico einen großen Teil des Himmels in optischem Licht und entdeckte das System, bestehend aus drei Galaxien mit drei supermassiven schwarzen Löchern. Im Online-Projekt „Galaxy Zoo“ identifizierten Bürgerwissenschaftler das Himmelsobjekt als ein System kollidierender Galaxien.

Anschließend kam das Nasa-Weltraumteleskop „WISE“ zum Einsatz: Es beobachtete das Galaxiensystem im Infrarotbereich. Anhand der Aufnahmen konnten die Forscher erkennen, dass das System sehr stark glühte - und zwar in einer Phase des Galaxien-Zusammenschlusses, in der mehrere der schwarzen Löcher schnell viel Materie verschlingen sollten.

„Chandra“ zeigt Quellen von Röntgenstrahlen - schwarzes Loch verschlingt Materie

Als nächstes half das „Chandra“-Röntgenteleskop der Nasa weiter: „Chandra“ zeigte Quellen von Röntgenstrahlen – ein Zeichen dafür, dass die schwarzen Löcher Material aus ihrer Umgebung verschlingen. Die Quellen der Röntgenstrahlen befanden sich in den Zentren der drei Galaxien – also genau dort, wo sich supermassive schwarze Löcher nach den Erwartungen der Forscher befinden sollten.

Im optischen Lichtspektrum des Galaxien-Systems fanden die Forscher nach eigenen Angaben charakteristische Signaturen dafür, dass die drei schwarzen Löcher Material verschlingen. „Optische Spektren enthalten eine Menge Informationen über eine Galaxie“, sagt Christina Manzano-King, eine weitere Co-Autorin des Papers (Vorab-Veröffentlichung). „Sie werden gemeinhin genutzt, um sich aktiv vergrößernde supermassive schwarze Löcher zu identifizieren.“

Ein neuer Weg, um dreifache supermassive schwarze Löcher zu identifizieren

Pfeifle freut sich: „Wir haben einen neuen Weg gefunden, wie man dreifache supermassive schwarze Löcher identifizieren kann.“ Nun hoffen die Forscher darauf, dass sie ihre Technik erweitern können, um mehr Dreifach-Systeme schwarzer Löcher damit zu finden. Zweifache und dreifache schwarze Löcher seien sehr selten, betont Co-Autorin Satyapal. „Solche Systeme sind eine natürliche Konsequenz von Galaxien-Verschmelzungen.“ Die Forscher glauben, dass Galaxien durch Verschmelzungen wachsen und sich entwickeln, wie Satyapal erklärt.

Drei schwarze Löcher verhalten sich in einem Verschmelzungsprozess anders als zwei sich verschmelzende schwarze Löcher. Wenn es drei Objekte gibt, sollten zwei von ihnen schneller miteinander verschmelzen, als wenn die beiden alleine wären, vermuten Astronomen. Der Einfluss des dritten schwarzen Lochs bringt die beiden schwarzen Löcher nach diesen Annahmen letztendlich zusammen.

Beim Verschmelzen schwarzer Löcher entstehen Gravitationswellen

Das Verschmelzen zweier supermassiver schwarzer Löcher produziert so genannte Gravitationswellen*. Die würden im Fall von SDSS J084905.51+111447.2 allerdings nicht unbedingt von Gravitationswellen*-Detektoren wie LIGO oder „Virgo“ aufgefangen, da sie deutlich niedrigere Frequenzen haben als die Detektoren auffangen können. Künftige Weltraumteleskope wie die „Laser Interferometer Space Antenna“ (LISA*) der europäischen Raumfahrtorganisation Esa könnten jedoch dazu in der Lage sein, heißt es in einer Mitteilung des „Chandra“ X-Ray Center.

Auch im Zentrum der Milchstraße existiert ein schwarzes Loch. Das ist bereits seit Jahren bekannt, doch kürzlich ist es Forschern wieder einmal aufgefallen: Bei Beobachtungen strahlte das schwarze Loch Sagittarius A* so hell wie nie zuvor. Seitdem rätseln Astronomen, warum es plötzlich einen großen Appetit entwickelte.

Wissenschaftlern ist es außerdem gelungen, fast von Anfang an zu beobachten, wie ein schwarzes Loch einen Stern zerreißt*. Im Frühjahr zeigten Forscher erstmals das Bild eines schwarzen Lochs*. Kürzlich veröffentlichten Forscher außerdem eine spekulative Theorie: Handelt es sich bei „Planet 9“ in unserem Sonnensystem tatsächlich um ein kleines schwarzes Loch?

*fr.de ist Teil der bundesweiten Ippen-Digital-Zentralredaktion.

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