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SCHWARZE LÖCHER
Faszinierender Fund in NGC 2276
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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16. März 2015

Astronomen haben in einem Spiralarm der Galaxie NGC 2276 ein Schwarzes Loch entdeckt, dessen Masse zwischen der stellarer Schwarzer Löcher und der der supermassereichen Objekte in den Zentren von Galaxien liegt. Diese seltenen Schwarzen Löcher mit mittlerer Masse könnten in der Entwicklungsgeschichte dieser Objekte eine wichtige Rolle spielen.

NGC 2276

Optisches Bild der Galaxie NGC 2276, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop (links) und rechts die Radiostruktur der in einem Spiralarm der Galaxie neu gefundenen Quelle NGC 2276-3c. Das aus Beobachtungen mit den Teleskopen des europäischen VLBI-Netzwerks (EVN) bei hoher Auflösung erzeugte Radiobild zeigt Details auf einer Größenskala von nur wenigen Lichtjahren. Bild: MPIfR / Mezcua et al. 2015, MNRAS 448, 1893 [Großansicht]

Der Nachweis eines Schwarzen Lochs inmitten eines Spiralarms der Galaxie NGC 2276 könnte einen wichtigen Hinweis zum Auffüllen einer Lücke in der Entwicklungsgeschichte von Schwarzen Löchern geliefert haben. Die Entdeckung gelang einem Forscherteam unter der Leitung von Mar Mezcua vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Boston, zu dem auch Andrei Lobanov vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie gehört.

Durch nahezu gleichzeitige Beobachtungen von Radiostrahlung mit dem Europäischen VLBI-Netzwerk EVN und von Röntgenstrahlung mit dem Chandra-Weltraumobservatorium der NASA wurde das Objekt mit dem Namen NGC 2276-3c identifiziert. Die Kombination von Radio- und Röntgenmessungen ermöglichte den Wissenschaftlern die Bestimmung der Masse des Schwarzen Lochs: Es ist offenbar etwa 50.000-mal massereicher als die Sonne.

Mit dieser Masse füllt es eine Lücke zwischen stellaren Schwarzen Löchern in unserer Milchstraße und den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren der meisten großen Galaxien. Derartige Schwarze Löcher von mittlerer Masse bilden vermutlich die Saatkörner für die Entstehung von supermassereichen Schwarzen Löchern. 

Die neu gefundene Quelle liegt in einem Spiralarm der Galaxie NGC 2276 in einer Entfernung von rund 100 Millionen Lichtjahren. Diese Galaxie befindet sich in Richtung des Sternbilds Kepheus, nicht weit vom Himmelsnordpol entfernt. Die Entdeckung könnte Antworten liefern auf einige seit langem bestehende Fragen zur Entwicklung von Schwarzen Löchern und ihrem Einfluss auf die jeweilige Umgebung.

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"In der Paläontologie hilft die Entdeckung bestimmter Fossilien dabei, Lücken im Stammbaum der Dinosaurier zu füllen", erläutert Mezcua. "Wir tun dasselbe in der Astronomie, aber mit dem Unterschied, dass unsere Ausgrabungen in vielen Billionen Kilometern Entfernung erfolgen."

Seit vielen Jahren gibt es überzeugende Hinweise auf die Existenz von Schwarzen Löchern mit Massen von nur einigen Sonnenmassen, die sogenannten stellaren Schwarzen Löcher. Darüber hinaus gibt es eine Menge von Informationen über sogenannte supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von vielen Galaxien, deren Masse die der Sonne um das Millionen- oder sogar Milliardenfache übersteigt.

Die Schwarzen Löcher von mittlerer Masse bilden eine Gruppe von Schwarzen Löchern, die von ihrer Masse her zwischen den beiden anderen gängigen Gruppen von Schwarzen Löchern liegen. Für sie gibt es bislang weitaus weniger Hinweise und ihre Bedeutung liegt darin, dass sie mögliche "Saatkörner" für die Entstehung von supermassereichen Schwarzen Löchern im frühen Universum darstellen.

Das jetzt entdeckte Objekt in der Galaxie NGC 2276 wäre erst das zweite Schwarze Loch dieser Art, das außerhalb des Zentrums einer Galaxie nachgewiesen werden konnte. "Die Astronomen haben sehr intensiv nach diesen Schwarzen Löchern mittlerer Masse geforscht", erklärt Timothy Roberts von der Universität Durham in Großbritannien. "Es gab schon vorher Hinweise darauf, aber diese Objekte verhalten sich wie ein lange verschollener Verwandter, der kein Interesse daran zeigt, entdeckt zu werden."

Um mehr über dieses Objekt zu erfahren, haben die Forscher NGC 2276 nahezu gleichzeitig sowohl in Radiowellenlängen mit den europäischen EVN-Teleskopen, darunter das 100-Meter-Radioteleskops Effelsberg, als auch in Röntgenwellenlängen mit Chandra beobachtet. Beide Teleskopsysteme haben dabei entscheidende sowie einander ergänzende Informationen beigetragen. Darüber hinaus konnte erst über die Verbindung beider Datensätze eine genaue Bestimmung der Masse des Schwarzen Lochs erfolgen.

"Diese Quelle weist Wesenszüge sowohl von stellaren als auch von supermassereichen Schwarzen Löchern auf", erklärt Lobanov. "Mit anderen Worten gesagt, hilft es dabei, die gesamte Familie von Schwarzen Löchern miteinander zu verbinden." Zusätzlich zu der Masse und der Lage innerhalb der Galaxie gibt es noch weitere interessante Eigenschaften der neu gefundenen Quelle in der Galaxie NGC 2276. Das Schwarze Loch weist einen energiereichen Jet auf, der sich bis in eine Entfernung von 2.000 Lichtjahren erstreckt. Eine Region mit fast 1000 Lichtjahren Ausdehnung in der Nachbarschaft des Jets scheint nahezu frei von jungen Sternen. Das deutet darauf hin, dass der Jet einen Hohlraum im Gas erzeugt hat, in dem die Entstehung von neuen Sternen unterdrückt wurde.

Das ist ein wichtiger Hinweis darauf, wie solche Schwarzen Löcher ihre Umgebung beeinflussen. Die Entdeckung des Jets zeigt vielleicht auch, dass die Vorgänger von Schwarzen Löchern im frühen Universum einen starken Einfluss auf ihre Umgebung ausübten. "Es bleibt eine interessante offene Frage", so Mezcua abschließend. "Wir wollen herausfinden, ob dieses Schwarze Loch mittlerer Masse in NGC 2276 innerhalb der Galaxie entstanden ist, oder ob es durch die Verschmelzung mit einer Zwerggalaxie in der Vergangenheit erzeugt wurde."

Über ihre Beobachtungen berichteten die Astronomen unlängst in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen ist.

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Hubble: Schwarzes Loch aus einer verschluckten Galaxie - 17. Februar 2012
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Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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