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Astronomie+Physik

Schwarzes Loch mit Hofstaat

Schwarzes Loch
Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße könnte von mehr als zehntausend kleineren Schwarzen Löchern umgeben sein (Grafik: Pitris/ iStock)

Im Zentrum der Milchstraße sitzt nicht nur ein supermassereiches Schwarzes Loch: Der Schwerkraftgigant könnte auch mehr als zehntausend kleinere Schwarze Löcher um sich versammelt haben. Hinweise darauf haben nun Astronomen in Daten des Röntgenteleskops Chandra gefunden. Sie entdeckten mehrere Röntgenquellen im Milchstraßenzentrum, die auf die Präsenz solcher zusätzlicher stellarer Schwarzer Löcher hindeuten. Sollte sich dies bestätigen, könnte dies eine schon seit längerem diskutierte Theorie zur Wechselwirkung Schwarzer Löcher in Galaxienzentren bestätigen.

Im Zentrum der meisten Galaxien sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch – so auch in der Milchstraße. Seine Schwerkraft beeinflusst das Verhalten und die Entwicklung von Sternen und hat einen dichten Halo von Staub und Gas in seiner Nähe angesammelt. Hier sind deswegen besonders viele massereiche, aber kurzlebige Sterne entstanden, die nach ihrem Ende ein stellares Schwarzes Loch bildeten – so die Theorie. Nach dieser müssten diese Schwarzen Löcher von der Schwerkraft des zentralen Schwarzen Lochs angezogen werden und daher im galaktischen Zentrum rund um die Region Sagittarius A* (Sgr A*) besonders zahlreich sein. „Die Milchstraße ist die einzige Galaxie, in der wir diese Interaktion des supermassereichen Schwarzen Loches mit den kleineren untersuchen können, denn in anderen Galaxien können wir diese Wechselwirkung nicht sehen“, erklärt Erstautor Charles Hailey von der Columbia University in New York.

Wo verbergen sich die Schwarzen Löcher?

Bisher jedoch haben Astronomen keine Spur dieser dichten zentralen Population von Schwarzen Löchern finden können. „Man kennt bisher nur rund fünf Dutzend Schwarze Löcher in unserer Galaxie – und doch sollen laut Theorie 10.000 bis 20.000 von ihnen in einem Gebiet von nur sechs Lichtjahren Größe vorhanden sein“, so Hailey. „Aber bisher hat es dafür kaum glaubhafte Belege gegeben.“ Ein Grund dafür: Isolierte Schwarze Löcher sind unsichtbar und entziehen sich der direkten Beobachtung. Deshalb haben Astronomen bisher vor allem nach Schwarzen Löchern gesucht, die beim Tod eines Sternenpartners in einem Doppelsternsystem entstehen. Ist das Schwarze Loch aktiv, geben solche Systeme durch Wechselwirkungen zwischen beiden Komponenten ab und zu starke Pulse von Röntgenstrahlen ab, die einen Hinweis auf die Existenz der Schwarzen Löcher geben können.

Allerdings: „Diese Röntgenausbrüche im galaktischen Zentrum sind nur alle 100 bis 1000 Jahre hell und stark genug, um von der Erde aus sichtbar zu sein“, erklärt Hailey. Die Astronomen haben daher nun eine andere Methode gewählt: „Wenn Schwarze Löcher mit einem massearmen Partner verbunden sind, emittieren diese Systeme Röntgenpulse, die schwächer, aber dafür konsistent und damit nachweisbar sind“, erklärt Hailey. „Wenn wir daher solche Schwarzen Löcher finden und wissen, wie hoch der Anteil der stellaren Schwarzen Löcher ist, der sich mit solchen Sternen verbindet, dann können wir hochrechnen, wie groß die Population der isolierten Schwarze Löcher in dieser Region ist.“ Für ihre Studie fahndeten die Forscher deshalb in den Daten des Röntgenteleskops Chandra nach potenziellen Röntgensignalen solcher Doppelsysteme aus Schwarzem Loch und massearmem Stern.

Zwölf Röntgenquellen und eine Hochrechnung

Das Ergebnis: Im Umkreis von gut drei Lichtjahren um Sagittarius A* entdeckten die Forscher zwölf Röntgenquellen, die von solchen Paarungen aus Sternen und Schwarzen Löchern stammen könnten. „Die eher energieärmeren Emissionsspektren dieser Doppelsysteme weichen klar von denen der Weißen Zwerge ab, die das Milchstraßenzentrum dominieren“, berichten die Astronomen. Allerdings können sie nicht ausschließen, dass ein Teil der beobachteten Strahlung von schnell rotierenden Pulsaren stammt, räumen sie ein. Doch wenn die zwölf Röntgenquellen Doppelsystemen aus Schwarzen Löchern und massearmen Sternen entsprechen, dann könnte es in der Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs insgesamt 300 bis 500 solcher Paare geben, so die Hochrechnung der Forscher. Dies würde bedeuten, dass im galaktischen Zentrum rund 10.000 isolierte Schwarze Löcher existieren.

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Sollte sich dies bestätigen, dann könnte dies die Theorie untermauern, die Astronomen schon seit Jahrzehnten zu beweisen versuchen. „Dieser Fund bestätigt eine wichtige Theorie und könnte erhebliche Auswirkungen haben“, sagt Hailey. So könnte das Wissen um die Zahl der stellaren Schwarzen Löcher im Milchstraßenzentrum beispielsweise verraten, wie oft in unserer Galaxie mit Gravitationswellen-Ereignissen zu rechnen ist. Denn je mehr Schwarze Löcher existieren, desto häufiger kann es zu Kollisionen zweier solcher Objekte kommen.

Charles Hailey (Columbia University, New York) et al., Nature, doi: 10.1038/nature25029

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