Mit dem superscharfen Radio-„Blick“ des Very Long Baseline Array (VLBA) der National Science Foundation haben Astronomen den ersten Nachweis einer Orbitalbewegung bei einem Paar supermassiver Schwarzer Löcher erbracht. Die beiden Schwarzen Löcher befinden sich in einer Galaxie rund 750 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Sie besitzen eine Gesamtmasse von etwa 15 Milliarden Sonnenmassen und sind wahrscheinlich nur 24 Lichtjahre voneinander getrennt – das ist extrem nah für solch ein System.
„Dies ist das erste Paar aus Schwarzen Löchern, bei dem sie als separate Objekte erscheinen, die sich in Bezug zum jeweils anderen bewegen. Dadurch wird das System zum ersten ‚visuellen Paar Schwarzer Löcher'“, sagte Greg Taylor von der University of New Mexico (UNM).
Supermassive Schwarze Löcher mit Millionen oder Milliarden Sonnenmassen liegen in den Kernen der meisten Galaxien. Die Präsenz von zwei solcher Monster im Zentrum einer einzelnen Galaxie bedeutet, dass die Galaxie irgendwann in der Vergangenheit mit einer anderen Galaxie verschmolz. In solchen Fällen können die beiden Schwarzen Löcher selbst letztendlich in einem Ereignis verschmelzen, das Gravitationswellen produzieren würde, welche durch das Universum laufen.
„Wir vermuten, dass die beiden supermassiven Schwarzen Löcher miteinander verschmelzen werden“, sagte Karishma Bansal, eine Doktorandin an der UNM. Die Verschmelzung werde frühestens in ein paar Millionen Jahren stattfinden.
Die Galaxie, eine elliptische Galaxie mit der Katalogbezeichnung 0402+379 (benannt nach ihrer Position am Himmel), wurde erstmals im Jahr 1995 beobachtet. Sie wurde in den Jahren 2003 und 2005 mit dem VLBA untersucht. Taylor und seine Mitarbeiter schlussfolgerten im Jahr 2006 basierend auf der Entdeckung von zwei Kernen statt einem Kern in der Galaxie, dass sie ein Paar supermassiver Schwarzer Löcher enthält.
Die neuesten Forschungsergebnisse, über die Taylor und seine Kollegen im Astrophysical Journal berichten, bezieht neue VLBA-Beobachtungen von 2009 und 2015 mit ein, außerdem eine neue Analyse der früheren VLBA-Daten. Diese Arbeit offenbarte die Bewegungen der beiden Kerne, was bestätigte, dass sich die beiden Schwarzen Löcher gegenseitig umkreisen. Die ersten Berechnungen der Wissenschaftler deuten darauf hin, dass sie etwa 30.000 Jahre für eine vollständige Umkreisung brauchen.
„Wir müssen diese Galaxie weiterhin beobachten, um unser Wissen über den Orbit und die Massen der beiden Schwarzen Löcher zu verbessern“, sagte Taylor. „Dieses Paar Schwarzer Löcher bietet uns die erste Gelegenheit zu untersuchen, wie solche Systeme miteinander interagieren“, ergänzte er.
Die Astronomen hoffen auch, weitere Systeme dieser Art zu entdecken. Galaktische Verschmelzungen, die zwei supermassive Schwarze Löcher nahe zusammenbringen, sind voraussichtlich ein häufiger Prozess im Universum, deswegen gehen Astronomen davon aus, dass solche Paare häufig vorkommen sollten. „Jetzt da wir die Orbitalbewegungen in so einem Paar messen können, sind wir angespornt, weitere, ähnliche Paare zu suchen. Wir könnten welche finden, die leichter zu untersuchen sind“, sagte Bansal.
Das VLBA, ein Teil des Long Baseline Observatory, ist ein kontinentgroßes Radioteleskopsystem, das zehn 240 Tonnen schwere Antennenschüsseln nutzt, welche von Hawaii bis St. Croix in der Karibik verteilt sind. Alle zehn Antennen arbeiten gemeinsam als ein einziges Teleskop mit dem höchsten Auflösungsvermögen, das der Astronomie aktuell zur Verfügung steht. Das außergewöhnliche Auflösungsvermögen erlaubt Wissenschaftlern die extrem präzise Messung von Objekten und Bewegungen am Himmel, so wie jene zur Untersuchung der Galaxie 0402+379.
Das Long Baseline Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation (NSF) und wird im Rahmen eines Kooperationsvertrags von Associated Universities, Inc. betrieben.
(THK)
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