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GALAXIEN
Drei Schwarze Löcher auf Kollisionskurs
von Stefan Deiters
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1. Oktober 2019

Astronominnen und Astronomen haben mithilfe verschiedener Teleskope auf der Erde und im All drei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, die vermutlich irgendwann verschmelzen werden. Die Forschenden hatten eigentlich nach Schwarze-Loch-Paaren gesucht und waren dabei auf das faszinierende System in rund einer Milliarde Lichtjahre Entfernung gestoßen.

SDSS J0849+1114

Das System SDSS J084905.51+111447.2 in dem gleich drei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt wurden. Unten links eine Ansicht des markierten Bereichs im Röntgenlicht. Bild: NASA / CXC / George Mason Univ. / R. Pfeifle et al. (Röntgen), SDSS & NASA / STScI (Optisch)  [Großansicht]

"Wir haben nach Paaren von Schwarzen Löchern gesucht", erinnert sich Ryan Pfeifle von der George Mason University in Fairfax im US-Bundesstaat Virginia. "Doch dann sind wir mit unserem Auswahlverfahren auf dieses faszinierende System gestoßen. Es ist der bislang beste Beweis für die Existenz von Dreier-Systemen aus aktiven, materialverschlingenden supermassereichen Schwarzen Löchern."

Das Galaxiensystem, in dem sich das Trio befindet, ist als SDSS J084905.51+111447.2 katalogisiert und rund eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. Um es aufzuspüren, waren mehrere Schritte nötig: Zunächst hatten Bürgerwissenschaftler des Projektes Galaxy Zoo in Daten des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) das System als kollidierende Galaxien identifiziert. Auf Daten des Wide-field Infrared Survey Explorer der NASA erschien es extrem hell im Infraroten, was auf mehr als ein aktives - also materialverschlingendes - Schwarzes Loch während einer Galaxienverschmelzung hindeutete.

Das NASA-Röntgenteleskop Chandra zeigte dann Röntgenquellen in dem System genau dort, wo man die Zentren der an der Verschmelzung beteiligten Galaxien vermutete und damit auch ihre supermassereichen Schwarzen Löcher. Solche gewaltigen Schwarzen Löcher mit der millionen- bis milliardenfachen Masse unserer Sonne dürfte es - so die aktuelle Theorie - in praktisch jeder Galaxie geben. Chandra und das Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) fanden zudem auch Hinweise auf große Mengen an Gas um eines der Schwarzen Löchern, was typisch für verschmelzende Schwarze-Loch-Systeme ist.

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Spektren aus dem SDSS und vom Large Binocular Telescope in Arizona lieferten parallel dazu Informationen über das Material, das von den drei Schwarzen Löchern gerade verschlungen wird. "Optische Spektren verraten jede Menge über eine Galaxie", so Christina Manzano-King von der University of California in Riverside. "Man kann durch sie aktive materialverschlingende Schwarze Löcher identifizieren und daraus auch Schlüsse auf deren Auswirkungen auf den Rest der Galaxie ziehen."

Schwarze-Loch-Tripletts dieser Art sind in der Regel schwer aufzuspüren, weil sie sich meist hinter dichten Gas- und Staubwolken verstecken, die einen Großteil ihres Lichts verschlucken. Durch Beobachtungen im Infraroten und im Röntgenbereich konnte man dieses Problem aber umgehen. "Durch die Nutzung von verschiedenen großen Observatorien konnten wir einen neuen Weg aufzeigen, wie man diese Dreifachsysteme identifizieren kann", so Pfeifle. "Wir hoffen, dass wir mit diesem Verfahren noch weitere Dreifachsysteme aufspüren können."

"Doppel- und Dreifachsysteme von Schwarzen Löchern sind äußerst selten", unterstreicht Shobita Satyapal von der George Mason University. "Aber solche Systeme sind eine natürliche Folge von Galaxienverschmelzungen, durch die nach unseren Theorien Galaxien wachsen und sich weiterentwickeln."

Die Verschmelzung von drei Schwarzen Löchern läuft anders ab als es von nur zwei Schwarzen Löchern zu erwarten ist. So vermutet man, dass eine Kollision und Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern eines Trios sehr viel schneller passiert, als es bei nur zwei sich umkreisenden Schwarzen Löchern der Fall wäre. Das dritte Schwarze Loch könnte hier eine Art "Hilfestellung" leisten. Computersimulationen deuten darauf hin, dass es bei etwa 16 Prozent von Schwarze-Loch-Paaren in kollidierenden Galaxien zuvor eine Wechselwirkung mit einem dritten Schwarzen Loch gegeben hat.

Die Verschmelzung von Schwarzen Löchern ist eine starke Quelle von Gravitationswellen, wie man sie in den letzten Jahren immer wieder mithilfe großer Gravitationswellendetektoren nachweisen konnte.

Über ihre Entdeckung berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.

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siehe auch
Gravitationswellen: Das bislang masseärmste Schwarze-Loch-Paar - 16. November 2017
XMM-Newton: Paar aus Schwarzen Löchern in normaler Galaxie - 23. April 2014
Schwarze Löcher: Gewichtiges Duo im Sternbild Schlange? - 2. Februar 2009
Adaptive Optik: Schwarze Löcher in kollidierenden Galaxien - 22. Mai 2007
Chandra: Zwei Schwarze Löcher vor Verschmelzung - 10. April 2006
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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