Zwei Astrophysiker des Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) haben eine Möglichkeit vorgeschlagen, um ein supermassives Schwarzes Loch zu beobachten, das vielleicht das zweitnächste an der Erde sein könnte: ein Gigant mit drei Millionen Sonnenmassen in der Zwerggalaxie Leo I.
Das supermassive Schwarze Loch mit der Bezeichnung Leo I* wurde erstmals von einem unabhängigen Astronomenteam Ende 2021 vermutet. Das Team erkannte, dass Sterne schneller wurden, wenn sie sich dem Zentrum von Leo I näherten. Das ist ein Hinweis auf ein Schwarzes Loch, aber die Abbildung direkter Emissionen von dem Schwarzen Loch war nicht möglich.
Jetzt haben die Astrophysiker Fabio Pacucci und Avi Loeb vom CfA eine neue Möglichkeit vorgeschlagen, um die Existenz des supermassiven Schwarzen Lochs zu bestätigen. Ihre Arbeit wird in einer Studie beschrieben, die am 28. November 2022 in den Astrophysical Journal Letters/i> erschien.
„Schwarze Löcher sind sehr schwer nachweisbare Objekte und manchmal genießen sie es, Verstecken mit uns zu spielen“, sagte Paccuci, der Hauptautor der neuen Studie. „Lichtstrahlen können ihrem Ereignishorizont nicht entkommen, aber die Umgebung von Schwarzen Löchern kann extrem hell sein – falls genug Materie in ihren Gravitationstrichter gerät. Aber wenn ein Schwarzes Loch dagegen keine Masse ansammelt, emittiert es kein Licht und ist mit unseren Teleskopen unmöglich zu finden.“
Das ist die Herausforderung bei Leo I: eine Zwerggalaxie, die so wenig für Akkretion verfügbares Gas besitzt, dass sie oft als „Fossil“ beschrieben wird. Sollten wir also jede Hoffnung begraben, es zu beobachten? Vielleicht nicht, sagen die Astronomen.
„In unserer Studie vermuteten wir, dass eine geringe Menge Masse, die von den Sternen um das Schwarze Loch verloren wurde, die für eine Beobachtung erforderliche Akkretionsrate bereitstellen könnte“, erkärte Pacucci. „Alte Sterne werden sehr groß und rot – wir nennen sie rote Riesensterne. Rote Riesen besitzen typischerweise starke Winde, die einen Teil ihrer Masse in die Umgebung mitreißen. Der Raum um Leo I* scheint genug dieser alten Sterne aufzuweisen, um es beobachtbar zu machen.“
„Die Beobachtung von Leo I* könnte bahnbrechend sein“, sagte Avi Loeb, der Co-Autor der Studie. „Es wäre das zweitnächste supermassive Schwarze Loch nach dem im Zentrum unserer eigenen Galaxie und hätte eine sehr ähnliche Masse. Aber es würde in einer Galaxie liegen, die tausend Mal weniger Masse hat als die Milchstraße. Diese Tatsache stellt alles infrage, was wir darüber wissen, wie sich Galaxien und ihre zentralen supermassiven Schwarzen Löcher miteinander entwickeln.“
Jahrzehntelange Untersuchungen zeigen, dass die massereichsten Galaxien ein supermassives Schwarzes Loch in ihrem Zentrum besitzen und dass die Masse des Schwarzen Lochs ein Zehntel Prozent der Gesamtmasse der Sterne um es herum beträgt.
„Im Fall von Leo I würden wir ein viel kleineres Schwarzes Loch erwarten. Stattdessen scheint Leo I ein Schwarzes Loch mit ein paar Millionen Sonnenmassen zu enthalten, ähnlich wie jenes in der Milchstraßen-Galaxie. Das ist spannend, weil die Wissenschaft normalerweise die größten Fortschritte macht, wenn das Unerwartete geschieht“, sagte Loeb.
Wann können wir mit einem Bild des Schwarzen Lochs rechnen? „Da sind wir noch nicht“, sagte Pacucci. Das Team hat Beobachtungszeit mit dem Weltraumteleskop Chandra und dem Very Large Array in New Mexico bekommen und analysiert momentan die neuen Daten. „Leo I* spielt Verstecken, aber es emittiert zu viel Strahlung um lange unentdeckt zu bleiben.“
(THK)
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