Schwarze Löcher mit mittlerer Masse (Intermediate-mass black holes, IMBH) sind das "fehlende Bindeglied" in der Entwicklung von Schwarzen Löchern. Schon lange wird nach ihnen gesucht und einige Kandidaten wurden auch bereits gefunden. Sie sind kleiner als die supermassiven Schwarzen Löcher, die sich in der Mitte großer Galaxien befinden, aber größer als die Schwarzen Löcher, die durch den Zusammenbruch massereicher Sterne entstehen. Das nun neu entdeckte Schwarze Loch hat über 50.000 Mal so viel Masse wie unsere Sonne.
"Schwarze Löcher mit mittlerer Masse sind schwer zu fassen. Daher ist es wichtig, alternative Erklärungen für jeden Kandidaten sorgfältig zu prüfen und auszuschließen. Dank Hubble war es uns möglich, dies bei unserem Kandidaten zu tun." Dacheng Lin, University of New Hampshire, Hauptautor der Studie
Lin und sein Team verfolgten mit dem Weltraumteleskop Hubble die Hinweise der Röntgenobservatorien Chandra und XMM-Newton. Im Jahr 2006 verzeichneten die beiden Satelliten ein starkes Aufflackern von Röntgenstrahlen. Es war aber nicht klar, ob die Strahlung aus unserer Galaxie stammte oder von außerhalb. Die Forscher vermuteten als Quelle einen Stern, der auseinandergerissen wurde, als er einem kompakten Objekt mit starker Schwerkraft zu nahe gekommen war, zum Beispiel einem Schwarzen Loch.
War es ein Neutronenstern?
Überraschenderweise befand sich die Quelle der Röntgenstrahlen mit der Bezeichnung 3XMM J215022.4? 055108 nicht im Zentrum einer Galaxie, also dort, wo sich normalerweise massive Schwarze Löcher befinden. Dies weckte bei den Forschern die Hoffnung, dass ein mittelgroßes Schwarzes Loch für die Strahlung verantwortlich sein könnte. Zunächst musste aber eine andere mögliche Quelle der Röntgenstrahlen ausgeschlossen werden: ein Neutronenstern in unserer eigenen Milchstraße, der von einem sehr hoher Temperaturniveau herab abkühlt.
Große Galaxie zerlegt kleine Galaxie
Hubble wurde auf die Quelle der Röntgenstrahlen gerichtet, um deren genaue Position zu bestimmen. Hochauflösende Bilder bestätigten, dass die Röntgenstrahlen nicht von einer isolierten Quelle in unserer Galaxie stammten, sondern aus einem entfernten, dichten Sternhaufen am Rande einer anderen Galaxie. Das war genau der Ort, an dem Astronomen erwarteten, Beweise für ein mittelschweres Schwarzes Loch zu finden. Frühere Beobachtungen mit Hubble hatten gezeigt, dass ein Schwarzes Loch umso mehr Masse hat, je massereicher seine Galaxie ist. Daher legt dieses neue Forschungsergebnis nahe, dass der Sternhaufen, in dem sich 3XMM J215022.4? 055108 befindet, der Kern einer Zwerggalaxie mit geringerer Masse sein könnte, die von Schwerkraft-Wechselwirkungen mit der größeren Galaxie zerlegt wurde.
Geschnappt beim Stern-Verschlingen
Mittelgroße Schwarze Löcher sind besonders schwer zu finden, denn sie sind kleiner und weniger aktiv als supermassereiche Schwarze Löcher. Sie haben weder leicht verfügbaren Nachschub noch genug Anziehungskraft, um ständig Sterne und anderes kosmisches Material anzuziehen und die verräterischen Röntgenstrahlen zu erzeugen. Astronomen müssen daher ein mittelgroßes Schwarzes Loch in dem relativ seltenen Fall auf frischer Tat ertappen, wenn es gerade einen Stern verschlingt. Lin und seine Kollegen durchsuchten das XMM-Newton-Datenarchiv und suchten in Hunderttausenden von Quellen nach starken Belegen für diesen Kandidaten. Doch einmal gefunden, konnten die Astronomen mithilfe der Röntgenstrahlung des zerfetzten Sterns die Masse des Schwarzen Lochs schätzen.
Die Suche geht weiter
Die Entdeckung eines mittelgroßen Schwarzen Lochs zeigt, dass möglicherweise viele weitere unentdeckt im Dunkeln lauern und nur darauf warten, von einem Stern, der zu nah vorbeizieht, abgegeben zu werden. Lin plant, die Suche mit den Methoden fortzusetzen, deren Erfolg sein Team bewiesen hat.
"Die Untersuchung des Ursprungs und der Entwicklung der Schwarzen Löcher mittlerer Masse wird endlich eine Antwort darauf geben, wie die Supermassiven Schwarzen Löcher, die wir in den Zentren massereicher Galaxien finden, entstanden sind." Natalie A. Webb, Ko-Autorin der Studie
Ein Rätsel gelöst, neue Fragen offen
Schwarze Löcher gehören zu den extremsten Umgebungen, die die Menschheit kennt. Daher sind sie ein Testfeld für die Gesetze der Physik und unseres Verständnisses der Funktionsweise des Universums. Wächst aus einem mittelgroßen Schwarzen Loch ein supermassereiches Schwarzes Loch? Wie entstehen mittelschwere Schwarze Löcher? Sind dichte Sternhaufen ihre bevorzugte Heimat? Lin und andere an der Studie beteiligte Astronomen stellen fest, dass sie noch viele weitere spannende Fragen zu beantworten haben.