HUBBLE
Eine aufgeblähte elliptische Riesengalaxie
von Stefan Deiters
astronews.com
30. Oktober 2012

Astronomen haben mit dem Weltraumteleskop Hubble eine elliptische Riesengalaxie beobachtet, deren Zentralbereich deutlich größer ist, als bei anderen Galaxien dieses Typs. Ursache dafür könnten zwei supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum der Galaxie gewesen sein, die die Sterne der Region entweder abgelenkt oder sich sogar selbst aus der Galaxie katapultiert haben.

Die elliptische Riesengalaxie A2261-BCG im Zentrum des Galaxienhaufens Abell 2261. Bild: NASA, ESA, M. Postman (STScI), T. Lauer (NOAO) und das CLASH Team  [Großansicht]

Die Galaxie 2MASX J17222717+3207571 hat nicht nur einen sehr langen Namen, sondern ist auch ein System, neben dem unsere Milchstraße wie ein galaktischer Zwerg aussehen würde. Mit einem Durchmesser von etwa einer Millionen Lichtjahren ist diese elliptische Riesengalaxie etwa zehnmal größer als unsere Milchstraße. Das etwa drei Milliarden Lichtjahre entfernte System ist die hellste Galaxie des Galaxienhaufens Abell 2261 und wird deswegen häufig auch nur als A2261-BCG bezeichnet, wobei "BCG" für "Brightest Cluster Galaxie", also "hellste Galaxie des Haufens" steht.

Elliptische Riesengalaxien finden sich in den Zentren von vielen Galaxienhaufen. Man nimmt an, dass diese gewaltigen Systeme durch wiederholte Kollisionen und Verschmelzungen kleinerer Galaxien entstanden sind. Sie haben in der Regel keinerlei sichtbare Strukturen. Sie bestehen meist aus alten Sternen und verfügen über kaum Gas, so dass es keine großen Sternentstehungsgebiete wie in den Armen von Spiralgalaxien gibt.

Das besondere Interesse der Astronomen galt bei den jetzt vorgestellten Hubble-Beobachtungen dem unmittelbaren Zentrum von A2261-BCG. Dieses erwies sich mit einem Durchmesser von rund 10.000 Lichtjahren als deutlich größer als die Zentralbereiche anderer Galaxien dieses Typs, deren Zentren weniger als ein Drittel dieser Größe aufweisen. Die Wissenschaftler vermuten, dass zwei supermassereiche Schwarze Löcher die Ursache für diesen aufgeblähten Kern der Galaxie sein könnten, wobei zwei Szenarien denkbar sind: So könnte das Paar die Sterne im Zentrum durcheinandergebracht oder sich sogar selbst aus der Galaxie katapultiert haben.

Supermassereiche Schwarze Löcher wurden in den vergangenen Jahren in den Zentren von nahezu jeder Galaxie nachgewiesen und die Wissenschaftler vermuten, dass diese gewaltigen Schwerkraftfallen eine entscheidende Rolle bei der Entwickelung einer Galaxie spielen. "Genauso wie es klar ist, dass man in jedem Pfirsich einen Kern findet, erwartet man auch, dass jede Galaxie über ein supermassereiches Schwarzes Loch verfügt", vergleicht Tod Lauer vom National Optical Astronomy Observatory in Tucson, einer der Autoren der Untersuchung. "Mit diesen Hubble-Beobachtungen haben wir praktisch in den größten Pfirsich geschnitten und können nun keinen Kern finden. Wir wissen nicht, ob es dort ein Schwarzes Loch gibt, aber Hubble zeigt uns, dass zumindest keine besondere Konzentration von Sternen im Zentrum sichtbar ist."

Auch für Marc Postmam vom Space Telescope Science Institute, den Leiter der Studie, ist die Galaxie etwas ganz Besonderes: "Als ich das Bild zum ersten Mal gesehen habe, wusste ich sofort, dass irgendetwas ungewöhnlich ist. Das Zentrum war sehr diffus und ausgedehnt. Die Herausforderung war nun, diese Daten und auch die Ergebnisse früherer Hubble-Beobachtungen zu verstehen und eine Erklärung für die faszinierende Natur dieser Galaxie zu finden." Die entsprechende Analyse der Astronomen ist im September in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erschienen. 

Normalerweise erwartet man im Zentrum einer Galaxie einen Helligkeitsanstieg, nämlich genau dort, wo sich das Schwarze Loch befindet und damit auch eine besonders hohe Konzentration von Sternen. Genau dieser Anstieg aber fand sich bei A2261-BCG nicht, stattdessen ist der Helligkeitsverlauf relativ gleichmäßig.

Dies ließe sich erklären, wenn es im Zentrum der Galaxie nicht nur ein, sondern zwei Schwarze Löcher gab, die sich gegenseitig umkreist haben. Während sich ein Schwarzes Loch schon immer in der Galaxie befand, könnte das zweite Schwarze Loch ursprünglich Teil einer kleineren Galaxie gewesen sein, die von der elliptischen Galaxie verschluckt wurde. Sterne, die diesem Paar zu nahe gekommen sind, wurden gravitativ beschleunigt und aus dem unmittelbaren Zentralbereich geschleudert. Das Paar der Schwarzen Löcher hat dadurch jeweils ein wenig Energie verloren, der Abstand der Schwarzen Löcher hat sich somit verringert, bis sie schließlich zu einem gewaltigen Schwarzen Loch verschmolzen sind. Dieses müsste sich dann noch immer im Zentrum der Galaxie befinden.

Doch es geht noch spektakulärer: Verschmelzen nämlich zwei Schwarze Löcher, sollten nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie Gravitationswellen entstehen, also wellenartige Verzerrungen der Raumzeit. Hatten die beiden Schwarzen Löcher nicht die gleiche Masse, könnten in eine Richtung mehr Gravitationswellen abgestrahlt worden sein, wodurch das gerade verschmolzene Schwarze Loch aus dem Zentrum katapultiert worden wäre.

A2261-BCG wäre damit eine Galaxie ohne supermassereiches Schwarzes Loch. "Das Schwarze Loch ist eine Art Anker für die Sterne", so Lauer. "Wenn es nicht mehr da ist, gibt es plötzlich sehr viel weniger Masse, die Sterne werden nicht mehr so stark angezogen und wandern nach außen, wodurch sich der Kern weiter ausdehnt." Die Idee mit einem aus dem Zentrum geschleuderten supermassereichen Schwarzen Loch mag zwar weit hergeholt klingen, so Postman, doch "das macht die Beobachtung des Universums ja gerade so faszinierend - manchmal findet man auch Unerwartetes."

Die Astronomen sind gerade dabei mit zusätzlichen Beobachtungen mit dem Radioteleskop Very Large Array ihre Theorien zu überprüfen. So sollte Material, das in ein Schwarzes Loch fällt, unter anderem auch Radiowellen aussenden, so dass sich mit den Beobachtungen die genaue Position des Schwarzen Lochs bestimmen lassen sollte - wenn es denn überhaupt ein Schwarzes Loch im Zentrum von A2261-BCG gibt.