Astronomen beobachten das Erwachen eines massiven schwarzen Lochs in Echtzeit

Es ist ein seltenes Ereignis, welches Astronomen beobachten konnten. Ende 2019 begann die zuvor unauffällige Galaxie SDSS1335+0728 plötzlich heller zu leuchten als je zuvor. Als die Astronomen die verfügbaren Daten mehrerer weltraum- und bodengestützter Teleskope auswerteten, kamen sie zum Schluss, dass das Erwachen eines massiven schwarzen Lochs in Echtzeit beobachtet haben.

Was ist ein schwarzes Loch?

Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, dessen Masse auf ein extrem kleines Volumen konzentriert ist und infolge dieser Kompaktheit in seiner unmittelbaren Umgebung eine so starke Gravitation erzeugt, dass nicht einmal das Licht diesen Bereich verlassen oder durchlaufen kann. Es ist einfach ein tiefschwarzes Loch im optischen Bereich.

Schwarzes Loch in Galaxie SDSS1335+0728

"Stellen Sie sich vor, Sie beobachten seit Jahren eine weit entfernte Galaxie, die immer ruhig und inaktiv zu sein schien", sagt Paula Sánchez Sáez, Astronomin bei der ESO in Deutschland und Hauptautorin der Studie, die zur Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics angenommen wurde. "Plötzlich fängt der Kern dieser Galaxy an, dramatische Helligkeitsveränderungen zu zeigen, anders als alle typischen Ereignisse, die wir bisher gesehen haben."

Dies ist 2019 bei der Galaxie SDSS1335+0728 passiert, die plötzlich heller leuchtete als je zuvor. Einige Phänomene, wie Supernova-Explosionen oder Gezeitenstörungen – wenn ein Stern zu nahe an ein Schwarzes Loch gerät und auseinandergerissen wird – können Galaxien plötzlich aufleuchten lassen. Aber diese Helligkeitsschwankungen dauern normalerweise nur ein paar Dutzend oder höchstens ein paar hundert Tage.

Das Objekt SDSS1335+0728 wurde als Galaxie mit einem "aktiven galaktischen Kern" (AGN) klassifiziert. Dies ist eine helle kompakte Region, die von einem massereichen Schwarzen Loch erzeugt wird.

Galaxie SDSS1335+0728 mit hellem Zentrum, erzeugt durch ein Schwarzes Loch, Quelle: ESO/M. Kornmesser

Im Dezember 2019 wurde diese Region plötzlich dramatisch heller. Und SDSS1335+0728 leuchtet auch heute noch heller, mehr als vier Jahre nachdem der Helligkeitsanstieg zum ersten Mal beobachtet wurde.

Darüber hinaus sind die in der 300 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Virgo entdeckten Schwankungen anders als alles bisher Dagewesene, was die Astronomen auf eine andere Erklärung schließen lässt.

Dass der Kern der Galaxie Ende 2019 plötzlich heller zu leuchten begann als je zuvor, wird nun auf ein massives schwarzes Loch im Kern der Galaxie zurückgeführt. Die obige künstlerische Darstellung der Galaxie zeigt die wachsende Scheibe aus Material. Dieses wird vom Schwarzen Loch angezogen wird, während es sich von dem in seiner Umgebung vorhandenen Gas ernährt und die Galaxie zum Leuchten bringt.

Dies ist das erste Mal, dass das Erwachen eines massiven Schwarzen Lochs in Echtzeit beobachtet wurde.

Erkenntnis aus ausgewerteten Daten

Als die Helligkeit der Galaxie anstieg, war zunächst die Frage, was passiert ist. Ein Team Astronomen versuchte, diese Helligkeitsschwankungen zu verstehen, indem es eine Kombination aus Archivdaten und neuen Beobachtungen von verschiedenen Einrichtungen verwendete, Dazu gehörten auch Daten des X-Shooter-Instruments am VLT der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste.

Beim Vergleich der Daten, die vor und nach dem Dezember 2019 aufgenommen wurden, stellten sie fest, dass SDSS1335+0728 jetzt viel mehr Licht im ultravioletten, optischen und infraroten Bereich ausstrahlt. Im Februar 2024 begann die Galaxie außerdem, Röntgenstrahlen zu emittieren. "Dieses Verhalten ist beispiellos", sagt Sánchez Sáez, der auch am Millennium Institute of Astrophysics (MAS) in Chile tätig ist.

"Die greifbarste Möglichkeit, dieses Phänomen zu erklären, ist, dass wir sehen, wie der [Kern] der Galaxie beginnt, (…) Aktivität zu zeigen", sagt Mitautorin Lorena Hernández García vom MAS und der Universität von Valparaíso in Chile. "Wenn dies der Fall ist, wäre dies das erste Mal, dass wir die Aktivierung eines massereichen Schwarzen Lochs in Echtzeit beobachten können."

Massereiche Schwarze Löcher – mit einer Masse, die mehr als hunderttausendmal so groß ist wie die unserer Sonne – gibt es im Zentrum der meisten Galaxien, auch in der Milchstraße. "Diese riesigen Monster sind normalerweise schlafend und nicht direkt sichtbar", erklärt Mitautor Claudio Ricci von der Universität Diego Portales, ebenfalls in Chile. "Im Fall von SDSS1335+0728 konnten wir das Erwachen des massereichen Schwarzen Lochs beobachten, [das] plötzlich anfing, sich an dem in seiner Umgebung vorhandenen Gas zu laben und sehr hell wurde."

Frühere Studien berichteten über inaktive Galaxien, die nach einigen Jahren aktiv werden, aber dies ist das erste Mal, dass der Prozess selbst – das Erwachen des Schwarzen Lochs – in Echtzeit beobachtet wurde.

Ricci, der auch am Kavli-Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Peking in China tätig ist, fügt hinzu: "Das ist etwas, das auch mit unserem eigenen Sgr A* passieren könnte, dem massereichen schwarzen Loch (…) im Zentrum unserer Galaxie", aber es ist unklar, wie wahrscheinlich dies ist.

Es sind noch weitere Beobachtungen erforderlich, um alternative Erklärungen auszuschließen.Eine andere Möglichkeit ist, dass wir eine ungewöhnlich langsame Gezeitenstörung oder sogar ein neues Phänomen beobachten.

Sollte es sich tatsächlich um eine Gezeitenstörung handeln, wäre dies das längste und schwächste jemals beobachtete Ereignis dieser Art. "Unabhängig von der Art der Veränderungen liefert [diese Galaxie] wertvolle Informationen darüber, wie Schwarze Löcher wachsen und sich entwickeln", sagt Sánchez Sáez."Wir erwarten, dass Instrumente wie [MUSE am VLT oder die am kommenden Extremely Large Telescope (ELT)] entscheidend dazu beitragen werden, zu verstehen, [warum die Galaxie heller wird]."

Quelle: Mitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO)