HUBBLE
Schwarzes Loch mittlerer Masse in Omega Centauri
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam
astronews.com
12. Juli 2024

Omega Centauri sieht auf den ersten Blick zwar aus wie ein Kugelsternhaufen, ist aber wohl keiner: Stattdessen dürfte es sich um die Reste einer Zwerggalaxie handeln, die vor langer Zeit mit der Milchstraße verschmolzen ist. Neu entdeckte, extrem schnelle Sterne in Omega Centauri zeigen nun, dass sich im Zentrum ein Schwarzes Loch mittlerer Masse befindet.

Ein Blick in den Sternhaufen Omega Centauri, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop Hubble, zeigt die Position des zentralen Schwarzen Lochs. Dieses Schwarze Loch wurde durch sieben schnell bewegte Sterne in seiner Umgebung identifiziert. Foto: ESA / Hubble & NASA, M. Häberle (MPIA)  [Großansicht]

Omega Centauri ist eine kugelförmige Ansammlung von etwa zehn Millionen Sternen, die in südlichen Breitengraden als Fleck am Nachthimmel sichtbar ist. Der Sternhaufen erscheint mit kleinen Teleskopen beobachtet zum Zentrum hin so dicht, dass es unmöglich wird, einzelne Sterne zu unterscheiden. Jetzt bestätigt eine neue Studie was Astronominnen und Astronomen schon lange vermutet hatten: Omega Centauri enthält ein zentrales Schwarzes Loch. Mit seiner Masse stellt es eine Art "fehlendes Bindeglied" zwischen den "leichten" stellaren Schwarzen Löchern und den riesigen supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren großer Galaxien dar.

Das heutige Bild der Galaxienentwicklung geht davon aus, dass die frühesten Galaxien zentrale Schwarze Löcher mittlerer Größe besaßen. Im Laufe der Zeit wuchsen die Galaxien durch Verschmelzung mit größeren Galaxien oder indem sie sich kleinere Galaxien einverleibten. Dabei gewannen auch ihre Schwarzen Löcher an Masse. Deshalb ist es sehr schwierig, Schwarze Löcher mittlerer Masse im heutigen Universum zu finden. Galaxien wie unsere Milchstraße sind längst "ausgewachsen" und enthalten deutlich massereichere zentrale Schwarze Löcher.

Die kleineren Zwerggalaxien hingegen sind im Allgemeinen schwer zu beobachten. Der Nachweis Schwarzer Löcher in ihren Zentren gestaltete sich mit den bisherigen Technologien als problematisch. Es gab zwar vielversprechende Kandidaten, aber noch keinen definitiven Nachweis eines mittelschweren Schwarzen Lochs. Omega Centauri ist daher etwas ganz Besonderes. Als Kern einer ehemalig eigenständigen Zwerggalaxie, die mit der Milchstraße verschmolz und dabei alle Sterne außer jenen der Kernregion verlor, ist Omega Centauri eine Art Momentaufnahme der Galaxienevolution. Mit dem Verlust der äußeren Sterne kam ihre Entwicklung abrupt zum Stillstand und das Schwarze Loch in ihrem Zentrum hatte keine Möglichkeit mehr, zu wachsen.

Hinweise auf ein zentrales Schwarzes Loch in Omega Centauri gab es bisher aus großräumigen Modellen der Bewegung der Sterne in dem Haufen, doch sie ließen Raum für Zweifel. Ein neues Forschungsprojekt von Nadine Neumeyer, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Astronomie, und Anil Seth von der Universität Utah zur Untersuchung der Sternbewegungen sollte zu einem besseren Verständnis der Entstehungsgeschichte von Omega Centauri beitragen und ein mögliches Schwarzes Loch aufspüren, idealerweise durch Sterne im Zentrum, die sich besonders schnell bewegen.

Nikolay Kacharov, Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und einer der Ko-Initiatoren des Projekts, erklärt: "Wir hatten erwartet, dass wir eine umfassende dynamische Modellierung der 3D-Bewegung von Hunderttausenden von Sternen durchführen müssen, damit wir eventuell die kaum bemerkbaren Gravitationsauswirkungen eines mittelschweren Schwarzen Lochs aufzeigen können. Es ist schwierig, schnell bewegte Sterne in der Nähe der dunklen Masse zu finden - sie könnten gar nicht existieren oder zu schwach sein, um entdeckt zu werden."

Maximilian Häberle, Doktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie, machte sich dennoch auf die Suche nach schnellen Sternen und erstellte dazu den bisher vollständigsten Katalog für die Bewegungen der Sterne in Omega Centauri. Anhand von über 500 Archivbildern des Weltraumteleskops Hubble bestimmte er die Geschwindigkeiten von 1,4 Millionen Sternen. Er entdeckte dabei sieben Sterne mit hohen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Bewegungsrichtungen in der zentralen Region. Diese lassen nur eine Erklärung zu: Der Sternhaufen Omega Centauri enthält in seinem Zentrum tatsächlich ein Schwarzes Loch mit mindestens 8200 Sonnenmassen.

Damit liefert Häberle den bislang sichersten Beweis für die Existenz solcher mittelschwerer Schwarzer Löcher als fehlendes Bindeglied zwischen stellaren und supermassereichen Schwarzen Löchern. Mit einer Entfernung von etwa 18.000 Lichtjahren ist es sogar das uns nächstgelegene massereiche Schwarze Loch, 9000 Lichtjahre näher als das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße.

Über die Ergebnisse berichten Häberle und seine Kolleginnen und Kollegen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.