Blog

Eine Illustration zeigt ein Schwarzes Loch mittlerer Masse im Weltraum.(Bildnachweis: Robert Lea)

Seit Jahrzehnten suchen Astronomen vergeblich nach Anzeichen für „Missing Link“-Schwarze Löcher, d. h. Schwarze Löcher mit Massen zwischen denen von „stellarmassen Schwarzen Löchern“ und „supermassiven Schwarzen Löchern“. Erstere sind über das ganze Universum verstreut und letztere sind kosmische Titanen, die die Herzen der Galaxien beherrschen – aber wenn es um Schwarze Löcher mittlerer Masse geht, haben Wissenschaftler nur etwa zehn nachgewiesen.

Wie Anfang des Monats berichtet, gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie mit Hilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops den bisher besten Beweis für ein mittelgroßes Schwarzes Loch in Omega Centauri, den Überresten einer von der Milchstraße ausgeschlachteten Galaxie, gefunden haben. Und es sieht so aus, als ob die Suche nach Schwarzen Löchern mittlerer Masse so ähnlich ist wie das Warten auf einen Bus in London: Man wartet eine Ewigkeit auf eines, und dann tauchen zwei auf einmal auf!

Ein anderes Forscherteam hat Beweise für ein weiteres mittelgroßes Schwarzes Loch entdeckt, das diesmal in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* (Sgr A*) im Herzen der Milchstraße lauert, etwa 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Das Team unter der Leitung von Florian Peißker von der Universität Köln entdeckte dieses mittelschwere Schwarze Loch bei der Untersuchung des Sternhaufens IRS 13, der etwa 0,1 Lichtjahre von Sgr A* entfernt ist.

„IRS 13 scheint ein wesentlicher Baustein für das Wachstum unseres zentralen Schwarzen Lochs Sgr A* zu sein“, sagt Peißker. „Dieser faszinierende Sternhaufen hat die Wissenschaft seit seiner Entdeckung vor rund zwanzig Jahren immer wieder überrascht. Zunächst dachte man, es handele sich um einen ungewöhnlich schweren Stern. Mit den hochauflösenden Daten können wir nun aber die Bausteinzusammensetzung mit einem mittelschweren Schwarzen Loch im Zentrum bestätigen.“

Die Suche nach den fehlenden Leerräumen im Universum

Schwarze Löcher mit einer Masse zwischen fünf und 100 Sonnenmassen entstehen bekanntermaßen durch den Kollaps von Sternen mit mindestens der achtfachen Masse unseres Sterns. Supermassive Schwarze Löcher müssen jedoch einen anderen Ursprung haben, da kein Stern massiv genug sein kann, um zu kollabieren und einen Überrest zu hinterlassen, der Millionen oder sogar Milliarden Mal so massiv ist wie die Sonne.

Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter

Diese Informationen haben Wissenschaftler zu der Theorie veranlasst, dass supermassive schwarze Löcher durch Fusionsketten von immer größeren schwarzen Löchern entstehen müssen. Es wird auch angenommen, dass diese kosmischen Titanen wachsen, indem sie sich hungrig an der sie umgebenden Materie laben, einschließlich jedes unglücklichen Sterns, der zu nahe kommt und dann in einem sogenannten „Gezeitenstörungsereignis“ oder „TDE“ in das schwarze Loch gestopft wird.

Das bedeutet, dass es im Kosmos eine Population schwarzer Loch-„Samen“ geben sollte, die in der riesigen Massenkluft zwischen stellaren und supermassiven schwarzen Löchern existieren, die noch nicht den „supermassiven Status“ erreicht haben, aber immer noch zu massiv sind, um aus einem kollabierenden Stern entstanden zu sein. Doch diese mittelschweren Schwarzen Löcher waren bisher frustrierend schwer zu entdecken.

Eine Illustration, die die drei Arten von astrophysikalischen Schwarzen Löchern zeigt, von den massereichsten auf der linken Seite bis zu den massearmen auf der rechten Seite (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wie alle Schwarzen Löcher sind auch die mittelschweren Schwarzen Löcher durch eine lichtundurchlässige „Oberfläche“, den Ereignishorizont, begrenzt. Dank dieser Grenze zwischen dem beobachtbaren Universum und dem, was sich im Inneren eines Schwarzen Lochs befindet, ist es nicht nur unmöglich, dass irgendein Signal aus dem Inneren eines Schwarzen Lochs in den weiteren Kosmos gelangt, sondern es ist auch praktisch unmöglich, ein Schwarzes Loch zu „sehen“. Das heißt, es sei denn, es zerreißt Sterne in hellen TDEs oder ernährt sich von der Materie in seiner Umgebung, die sich erhitzt und hell leuchtet.

Schwarze Löcher mittlerer Masse haben jedoch keine supermassive Größe erreicht, weil sie nicht von einer Fülle von Material umgeben sind, von dem sie sich ernähren können, so dass sie keine hellen Lichtemissionen in ihrer Umgebung aufweisen, was bedeutet, dass sie so gut wie völlig dunkel sind. Daher müssen Wissenschaftler ausgeklügelte Techniken anwenden, um nicht fressende Schwarze Löcher mittlerer Masse aufzuspüren. So untersuchen sie beispielsweise das Verhalten der sichtbaren Materie in der Umgebung von Schwarzen Löchern, z. B. von Sternen, um festzustellen, ob sie durch Gravitationseinflüsse beeinträchtigt werden. Wenn ja, könnten diese Effekte von einem nahen Schwarzen Loch ausgehen.

IRS 13 in der Nähe von Sgr A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch der Milchstraße, könnte ein Schwarzes Loch mittlerer Masse beherbergen (Bildnachweis: Florian Peißker / Universität zu Köln)Beim Blick auf IRS 13 sahen Peißker und Kollegen, dass sich die Sterne dieses Haufens im Herzen der Milchstraße in einem geordneten Muster bewegen. Dies war überraschend, denn das Team hatte erwartet, dass die Sterne zufällig angeordnet sind.

Für diese Beobachtung könnte es zwei Erklärungen geben. Entweder steht IRS 13 in Wechselwirkung mit Sgr A*, was dazu führt, dass sich seine Sterne in geordneter Weise bewegen, oder es gibt einen großen gravitativen Einfluss in diesem Haufen, der ihn in geordneter Weise hält.

Mithilfe von Instrumenten wie dem Very Large Telescope (VLT), dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und dem Chandra-Röntgenteleskop konnten die Wissenschaftler feststellen, dass die geordnete kompakte Form von IRS 13 tatsächlich auf die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse im Zentrum von IRS 13 zurückzuführen sein könnte.

Dieses Ergebnis wird durch die Röntgenstrahlung des Sternhaufens bestätigt, die auf ionisierendes Gas hinweist, das mit einer Geschwindigkeit von mehreren hunderttausend Kilometern pro Stunde rotiert. Dieses heiße ionisierte Gas könnte um den Schlund dieses neu entdeckten Schwarzen Lochs mittlerer Masse herumwirbeln.

Damit hätten die Astronomen nicht nur eine weitere „fehlende“ Verbindung zu einem Schwarzen Loch, sondern die Ergebnisse könnten auch ein anhaltendes Rätsel um IRS 13 erklären. Der Sternhaufen schien viel dichter zu sein als andere ähnliche Sternhaufen in unserer Galaxie – aber das wäre zu erwarten, wenn er ein mittelschweres Schwarzes Loch beherbergt.

Das Team beabsichtigt nun, diese Forschung fortzusetzen, indem es IRS 13 mit dem James Webb Space Telescope (JWST) und dem Extremely Large Telescope (ELT) untersucht, das derzeit auf dem Cerro Armazones in der Atacama-Wüste im Norden Chiles gebaut wird.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 18. Juli in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.