Weltraum

Zwei gigantische schwarze Löcher auf Kollisionskurs

Mithilfe mehrerer Teleskope konnten Forschende die beiden supermassereichen schwarzen Löcher in der Galaxienverschmelzung UGC 4211 identifizieren. (Künstlerische Darstellung)
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Mithilfe mehrerer Teleskope konnten Forschende die beiden supermassereichen schwarzen Löcher in der Galaxienverschmelzung UGC 4211 identifizieren. (Künstlerische Darstellung)

Eine neue Studie entdeckt zwei supermassereiche schwarze Löcher, die sich besonders nah beieinander befinden. Die Giganten sind auf Kollisionskurs.

New York – Ein internationales Forschungsteam hat zwei supermassereiche schwarze Löcher dabei „ertappt“, wie sie kosmisches Material vertilgen, während um sie herum zwei Galaxien miteinander verschmelzen. Die schwarzen Löcher sind gigantisch: Während eines von ihnen 200 Millionen Sonnenmassen auf die Waage bringt, hat das andere 125 Millionen Sonnenmassen.

Doch die eigentliche Besonderheit ist die Entfernung der beiden schwarzen Löcher zueinander: Zwischen den beiden Giganten liegen nur etwa 750 Lichtjahre – in astronomischen Dimensionen eine sehr geringe Distanz. Forschende haben noch nie zuvor zwei schwarze Löcher so nah beieinander entdeckt.

Gigantische schwarze Löcher mit geringem Abstand

Der geringe Abstand zwischen den neu entdeckten schwarzen Löchern „liegt ziemlich nahe an der Grenze dessen, was wir nachweisen können, weshalb dies so aufregend ist“, freut sich Chiara Mingarelli, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Center for Computational Astrophysics des Flatiron Institute in New York City. Mingarelli ist Mitautorin einer Studie zu den schwarzen Löchern, die im Fachjournal The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde.

Wegen des geringen Abstands zwischen den beiden schwarzen Löchern nutzte das Forschungsteam gleich sieben Teleskope auf der Erde und im Weltall, um zu bestätigen, dass es sich tatsächlich um zwei Objekte handelt. Unter anderem kamen das „Hubble“-Weltraumteleskop und das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zum Einsatz. Und tatsächlich: Alle Aufnahmen führten zum identischen Ergebnis: Es handelt sich wirklich um zwei schwarze Löcher.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet.
Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße.
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße. © NASA, ESA, and J. Maíz Apellániz (Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain); Acknowledgment: N. Smith (University of Arizona)
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen.
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgement: W. Blair (STScI/Johns Hopkins University) and R. O‘Connell (University of Virginia)
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern. © NASA, ESA, C.R. O‘Dell (Vanderbilt University), and D. Thompson (Large Binocular Telescope Observatory)
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden. © NASA, ESA, S. Baum and C. O‘Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist.
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Acknowledgment: M. Crockett and S. Kaviraj (Oxford University, UK), R. O‘Connell (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), and the WFC3 Scientific Oversight Committee
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion.
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion. © NASA, ESA, R. O‘Connell (University of Virginia), F. Paresce (National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy), E. Young (Universities Space Research Association/Ames Research Center), the WFC3 Science Oversight Committee, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Teleskope zeigen: Es handelt sich um zwei schwarze Löcher

„Es ist wichtig, dass man mit all diesen verschiedenen Bildern die gleiche Aussage erhält – dass es zwei schwarze Löcher gibt“, betont Mingarelli. „Dies ist der Punkt, an dem andere Studien in der Vergangenheit gescheitert sind. Als man ihnen nachging, stellte sich heraus, dass es nur ein einziges schwarzes Loch gab. Dieses Mal haben wir viele Beobachtungen, die alle übereinstimmen.“

Die supermassereichen schwarzen Löcher befanden sich offenbar im Mittelpunkt der beiden Galaxien, die derzeit miteinander verschmelzen und den gemeinsamen Namen UGC 4211 tragen. Die Forschung geht davon aus, dass sich im Mittelpunkt der meisten Galaxien ein supermassereiches schwarzes Loch versteckt – auch im Zentrum der Milchstraße. Der Hauptautor der Studie, Michael Koss, betont: „Unsere Studie hat eines der engsten Paare schwarzer Löcher in einer Galaxienverschmelzung identifiziert, und da wir wissen, dass Galaxienverschmelzungen im fernen Universum sehr viel häufiger vorkommen, könnten auch diese Doppelsysteme sehr viel häufiger sein als bisher angenommen.“

Schwarze Löcher stehen in astronomischen Dimensionen kurz vor der Kollision

Astronomisch gesehen befinden sich die beiden gigantischen schwarzen Löcher sehr nah beieinander. Trotzdem wird es noch einige hundert Millionen Jahre dauern, bis sie miteinander verschmelzen, so die Forschenden. Irgendwann werden sie damit beginnen, sich zu umkreisen und sich immer näherzukommen. „Die Systeme sind massiv und haben riesige Gravitationsfelder“, sagt Studien-Mitautor Casey-Clyde.

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Kollidieren die beiden schwarzen Löcher letztendlich, sollen den Forschenden zufolge Gravitationswellen entstehen, die stärker sind als alle, die bisher gemessen wurden. Am Ende der Entwicklung entsteht ein noch gewaltigeres schwarzes Loch, etwa 480 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. (tab)

Forschenden zufolge stehen zwei andere schwarze Löcher unmittelbar vor der Kollision.

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