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Astronomie: Binäres schwarzes Loch mit Rekordmasse

Zwei supermassereiche schwarze Löcher wollen offenbar nicht miteinander verschmelzen. Sie halten einen Abstand von 24 Lichtjahren. Ihre Entdeckung stellt zwei Weltraum-Rekorde auf.



Eine Forschungsgruppe hat in Archivdaten des Gemini-Nord-Teleskops (Hawaii, USA) das schwerste Paar supermassereicher schwarzer Löcher entdeckt, das je gefunden wurde.

Fast jede massereiche Galaxie beherbergt ein supermassereiches schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Wenn zwei Galaxien verschmelzen, können ihre schwarzen Löcher ein binäres Paar bilden – ihre Umlaufbahn ist somit gebunden.

Das untersuchte Objekt befindet sich in der elliptischen Galaxie B2 0402+379 (auch Galaxie 0402+379 genannt), etwa 750 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Abstand der beiden schwarzen Löcher beträgt gerade einmal 24 Lichtjahre (7,3 Parsec), womit sie den geringsten Abstand aller direkt beobachteten Doppelsterne aufweisen.

Der geringste Abstand und die größte Masse

Dieser geringe Abstand deutet auf eine bevorstehende Verschmelzung hin. Jedoch fand die Forschungsgruppe heraus, dass das Paar seit über drei Milliarden Jahren in dieser Entfernung verharrt. Mit dem Gemini-Nord-Multi-Objekt-Spektrografen (GMOS) konnte das Team die Geschwindigkeit der Sterne in der Nähe der schwarzen Löcher bestimmen.

Vor der Untersuchung nahm man eine Masse der beiden schwarzen Löcher von 15 Milliarden Sonnenmassen an, nun wird sie auf das 28-Milliardenfache der Sonnenmasse geschätzt. Somit wurde das Paar als das schwerste jemals beobachtete binäre schwarze Loch bestätigt.

Masse als Ausgangspunkt für oder gegen eine Verschmelzung

Die Ergebnisse stützen die Theorie, dass die Masse eines supermassereichen binären schwarzen Lochs eine mögliche Verschmelzung verhindern kann. Die Forschungsgruppe geht davon aus, dass sich das Paar durch mehrere Galaxienverschmelzungen gebildet hat. Zum einen handelt es sich bei B2 0402+379 um einen fossilen Haufen – also das Ergebnis aus der Verschmelzung eines ganzen Galaxienhaufens zu einer einzigen massereichen Galaxie.

Ferner deutet das Vorhandensein von zwei supermassereichen schwarzen Löchern in Verbindung mit ihrer großen Gesamtmasse darauf hin, dass sie aus der Verschmelzung mehrerer kleinerer schwarzer Löcher aus mehreren Galaxien entstanden sind.

Der Stagnation der schwarzen Löcher

Nach einer galaktischen Verschmelzung kollidieren supermassereiche schwarze Löcher nicht frontal. Stattdessen umkreisen sie einander auf einer gebundenen Umlaufbahn.

Bei jedem Vorbeiflug wird Energie von den schwarzen Löchern auf die umliegenden Sterne übertragen. Während die schwarzen Löcher Energie verlieren, nähern sie sich einander an, bis sie nur noch wenige Lichtjahre voneinander entfernt sind, die Gravitation die Oberhand gewinnt und sie verschmelzen.

Um die Umlaufbahn des Doppelsterns so weit abzubremsen, dass sie in der Endphase vor ihrer Verschmelzung verharren, muss eine außergewöhnlich große Anzahl von Sternen erforderlich gewesen sein.

Die schwarzen Löcher schleuderten wohl fast die gesamte Materie in ihrer Umgebung weg, so dass im Kern der Galaxie keine Sterne und kein Gas mehr vorhanden waren. Ohne neues Material wurde das Paar nicht weiter abgebremst.

Die Zukunft der supermassereichen schwarzen Löcher

Es ist unklar, ob das Paar die Stagnation überwinden wird. Sollte es verschmelzen, wären die dabei entstehenden Gravitationswellen hundert Millionen Mal stärker als die, die bei der Verschmelzung von schwarzen Löchern mit stellaren Massen entstehen.

Durch eine weitere Galaxienverschmelzung könnte das Paar die Entfernung überwinden. Es könnte aber auch ein drittes schwarzes Loch entstehen. Dieses würde die Umlaufbahn des Paares so weit abbremsen, dass es verschmelzen kann, wobei die Arbeitsgruppe diese Möglichkeit als unwahrscheinlich annimmt.

Zur Studie

Die Forschungsarbeit wurde am 5. Januar 2024 in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht: The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11 (Die zentrale Kinematik und die Masse des Schwarzen Lochs 4C+37.11).

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