Ein Paar schwarzer Monsterlöcher wirbelt in einer Gaswolke in diesem künstlerischen Konzept von AT 2021hdr, einem wiederkehrenden Ausbruch, der vom Neil Gehrels Swift-Observatorium der NASA und der Zwicky Transient Facility am Palomar-Observatorium in Kalifornien untersucht wird.(Bildnachweis: NASA/Aurore Simonnet (Sonoma State University)
Astronomen sind in einer weit entfernten Galaxie auf ein Paar massereicher schwarzer Löcher gestoßen, die ungewöhnliche Lichtausbrüche auslösen. Diese hellen Emissionen, die in einem regelmäßigen Zyklus ihren Höhepunkt zu erreichen scheinen, werden möglicherweise durch das schwarze Loch-Duo verursacht, das eine massive Gaswolke zerreißt – ein Phänomen, das laut Forschern das erste seiner Art ist, das entdeckt wurde.
Die kosmischen Ungetüme befinden sich im Zentrum der Galaxie 2MASX J21240027+3409114, die etwa 1 Milliarde Lichtjahre entfernt im nördlichen Sternbild Cygnus liegt. Diese schwarzen Löcher vollziehen alle 130 Tage eine Umlaufbahn und sind dabei nur 16 Milliarden Meilen (26 Milliarden Kilometer) voneinander entfernt – so nah, dass das Licht nur einen Tag braucht, um zwischen ihnen zu reisen. In den letzten drei Jahren haben sie etwa 1,5 bis 2 Sonnenmassen Gas aus der schwebenden Gaswolke verschlungen, und es wird erwartet, dass sie in etwa 70.000 Jahren kollidieren und verschmelzen werden, berichten die Forscher in einer neuen Studie, die am 13. November in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde.
Astronomen wurden erstmals im März 2021 durch ein automatisches Warnsystem auf die seltsamen Emissionen aufmerksam gemacht, das Daten der Zwicky Transient Facility (ZTF) in Kalifornien nutzt, um schnell aufflackernde Objekte am Nordhimmel zu erkennen. Zunächst wurde das Ereignis aufgrund des plötzlichen Aufhellungsmusters als mögliche Supernova eingestuft. Nachfolgende Ausbrüche im Jahr 2022 veranlassten das Studienteam jedoch, andere Erklärungen zu untersuchen.
Das Ereignis wurde bald als aktiver galaktischer Kern (AGN) eingestuft, ein Begriff, der für ein schwarzes Loch verwendet wird, das sich von Material aus einer umgebenden Akkretionsscheibe ernährt. Spektren von Observatorien in Mexiko, Indien und Spanien zeigten jedoch ein faszinierendes M-förmiges Muster in den Daten, das sich alle zwei bis drei Monate wiederholte – eine Kadenz, die weder eine Supernova noch ein AGN erklären konnte.
„Das ist ganz anders als alles, was ich bisher gesehen habe“, sagte die Hauptautorin der Studie, Lorena Hernández-García, Astrophysikerin am Millennium Institute of Astrophysics in Chile, gegenüber kosmischeweiten.de.
Im Jahr 2022 beobachteten Hernández-García und ihr Team in Daten des Neil-Grels-Swift-Observatoriums dasselbe M-förmige Spektralmuster sowohl im Röntgen- als auch im ultravioletten Wellenlängenbereich. „Das war der Moment, in dem wir sagten: ‚Das ist etwas Interessantes’“, sagte sie. „Ich schaue mir die Lichtkurve mehr oder weniger jeden Tag an, um zu sehen, was da passiert.“
Beobachten Sie in dieser Simulation, wie eine Gaswolke auf zwei supermassive schwarze Löcher trifft. Das komplexe Zusammenspiel von Gravitations- und Reibungskräften führt dazu, dass sich die Wolke verdichtet und erhitzt. Bei jedem Umlauf der Schwarzen Löcher wird ein Teil des Gases aus dem System herausgeschleudert. (Bildnachweis: F. Goicovic et al. 2016)
Bislang haben die Daten keine Merkmale einer Gezeitenstörung (TDE) gezeigt, bei der ein Stern durch die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs auseinandergerissen wird. Das Modell, das am besten zu den Daten passt, deutet darauf hin, dass sich eine massive Gaswolke der Galaxie auf einer Bahn näherte, die senkrecht zur Umlaufbahn der beiden Schwarzen Löcher verlief. Die Gaswolke, die größer als das Doppelsternsystem selbst ist, wäre dann von der immensen Gravitationskraft der schwarzen Löcher auseinandergerissen worden. Wenn dies tatsächlich der Fall ist, lassen sich die M-förmigen Emissionen durch Gasbrocken erklären, die jedes Mal ins All geschleudert werden, wenn ein Schwarzes Loch durch die Gaswolke rast.
Noch schließen die Forscher nicht aus, dass in dieser Galaxie eine bisher unbekannte Art von partieller TDE auftritt, so Hernández-García.
Außerdem könnte die laufende Verschmelzung dieser Galaxie mit einer anderen, etwa 29.000 Lichtjahre entfernten Galaxie in südlicher Richtung zu einer erheblichen Staubentwicklung führen. Astronomen gehen davon aus, dass Gaswolken wie die neu entdeckte in vielen fusionierenden Galaxien, die binäre Schwarze Löcher beherbergen, vorkommen, aber bisher wurden noch keine entdeckt. Hernández-García führt das Fehlen früherer Entdeckungen auf die begrenzte Instrumentierung zurück und merkte an, dass wir seit der Inbetriebnahme von ZTF im Jahr 2018 „eine Menge seltsamer Dinge finden, die vorher nicht zu sehen waren.“
Durch die große Entfernung der Galaxie von der Erde können Teleskope weder die Gaswolke noch das Schwarze-Loch-Duo direkt beobachten. Das Studienteam denkt nun über neue Beobachtungen nach, um die Gaswolke zu verfolgen und ihren Ursprung zu bestimmen – ob sie zur Galaxie gehört, ein Nebenprodukt der laufenden Verschmelzung ist oder nur ein vorübergehender Eindringling.
