CHANDRA & XMM
Zwei mittlere Schwarze Löcher in M82?
von Stefan Deiters
astronews.com
30. April 2010

In der nahegelegenen Galaxie M82 könnten Astronomen auf zwei mittelgroße Schwarze Löcher gestoßen sein. Die beiden Schwerkraftfallen befinden sich in der Nähe des Zentrums von M82. Es könnte sich dabei um übrig gebliebene Grundbausteine für die supermassereichen Schwarze Löcher handeln, die sich in den Zentren der meisten Galaxien befinden.

M82 und die beiden entdeckten Schwarzen Löcher (die hellsten Punkte im kleinen Bild oben rechts). Im Bild unten sind die Schwarzen Löcher noch einmal markiert. Das Zentrum der Galaxie ist mit einem Kreuz gekennzeichnet. Bild:  NASA / CXC / Tsinghua Univ. / H. Feng et al. (kleines Bild);  NASA / CXC / JHU / D. Strickland (Röntgen, Gesamtansicht);  NASA / ESA / STScI / AURA / The Hubble Heritage Team (optisch);  NASA / JPL-Caltech / Univ. of AZ / C. Engelbracht (Infrarot) [Großansicht]

Seit Jahrzehnten unterscheiden Astronomen zwei Klassen von Schwarzen Löchern: Stellare Schwarze Löcher, die eine Masse von vielleicht der zehnfachen Masse unserer Sonne haben und durch den Kollaps eines massereichen Sterns entstehen, und supermassereiche Schwarze Löcher, die sich in den Zentren der meisten Galaxien befinden. Sie haben die millionen- bis milliardenfache Masse unserer Sonne.

Eine Frage aber beschäftigt die Wissenschaftler seit langem: Gibt es auch Schwarze Löcher, deren Masse zwischen der der supermassereichen und der stellaren Schwarzen Löcher liegt? Hinweise darauf hat man immer wieder gefunden, genauso wie Indizien, dass es sie doch nicht gibt (astronews.com berichtete wiederholt). Vor allem war es nie gelungen, Spuren von mehr als einem Schwarzen Loch dieser Mittelklasse in einer Galaxie zu finden.

Jetzt ist Astronomen mit Hilfe der Röntgenteleskope Chandra und XMM-Newton aber genau dies geglückt: Sie fanden in der zwölf Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82 Hinweis auf zwei solche Schwarze Löcher mittlerer Masse. "Das ist das erste Mal, dass wir gute Beweise für zwei Schwarze Löcher mittlerer Masse in einer Galaxien gefunden haben", erläutert Hua Feng von der Tsinghua University. "Ihre Position in der Nähe des Zentrums der Galaxie könnte einen Hinweis auf die Entstehungsgeschichte der größten Schwarzen Löcher im Universum liefern, nämlich von supermassereichen Schwarzen Löchern, wie sie sich in den Zentren der meisten Galaxien finden."

Ein mögliches Szenario für die Entstehung der supermassereichen Schwarzen Löcher setzt eine Kettenreaktion von Sternenkollisionen in kompakten Sternhaufen voraus, durch die ein extrem massereicher Stern entsteht, der dann zu einem Schwarzen Loch mittlerer Masse kollabiert. Diese Sternhaufen wandern dann langsam zum Zentrum der Galaxie, wo die mittleren Schwarzen Löcher schließlich verschmelzen und sich ein supermassereiches Schwarzes Loch bildet. Sternhaufen, die nicht massereich genug sind oder sich zu weit vom Zentrum entfernt befinden, würden in diesem Bild überleben - und damit auch die mittleren Schwarzen Löcher in ihnen.

"Wir können natürlich nicht sagen, ob es sich tatsächlich so in M82 abgespielt hat, aber wir wissen, dass beide entdeckten Schwarzen Löcher sich in oder in der Nähe eines Sternhaufens befinden", erläutert Phil Kaaret von der University of Iowa. "Außerdem ist M82 der der Erde am nächsten gelegene Ort, der mit dem jungen Universum vergleichbar ist, weil dort gerade sehr viele Sterne entstehen." M82 ist eine sogenannte Starburst-Galaxie. In ihr entstehen mit einer deutlich höheren Rate Sterne als etwa in unserer Milchstraße.

Den beiden "überlebenden" Schwarzen Löchern sind die Astronomen durch Analyse der Röntgenstrahlung der Objekte auf die Spur gekommen. Die Daten von Chandra und XMM-Newton für eines der Objekte zeigt, dass dessen Röntgenemission sich auf charakteristische Weise verändert, wie man dies auch von stellaren Schwarzen Löchern in der Milchstraße kennt. Mit diesen Informationen und theoretischen Modellen folgerten die Astronomen, dass die Masse des Schwarzen Lochs zwischen 12.000 und 43.000 Sonnenmassen betragen muss.

Das Schwarze Loch befindet sich in einer projizierten Entfernung von 290 Lichtjahren vom Zentrum von M82. Wäre es hier zusammen mit der Galaxie entstanden und hätte es eine Masse von mehr als rund 30.000 Sonnenmassen, müsste es nach Ansicht der Astronomen längst vom supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum verschluckt worden sein. Daher könnte es sich sehr wohl um ein "überlebendes" Schwarzes Loch handeln.

Das zweite Schwarze Loch hat eine projizierte Entfernung von rund 600 Lichtjahren von Zentrum. Auch dieses Schwarze Loch konnten die Astronomen mit beiden Weltraum-Röntgenteleskopen beobachten. Aus der Analyse der Röntgenstrahlung des Schwarzen Lochs schätzen sie dessen Masse auf 200 bis 800 Sonnenmassen. Dieser Wert würde gut in die theoretischen Modelle für Schwarze Löcher passen, die infolge wiederholter Kollisionen von Sternen in einem Sternhaufen entstehen.

"Dieses Ergebnis gehört mit zu den bislang besten Beweisen für die Existenz von mittleren Schwarzen Löchern", so Feng. "Es sieht genau so aus wie die gut untersuchten stellaren Schwarzen Löcher, ist aber über 20-mal massereicher." Über ihre Ergebnisse berichten die Astronomen in zwei Fachartikeln, die in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen sind.