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Enges Paar extrem massereicher Schwarzer Löcher entdeckt
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
7. April 2026
Im Zentrum der Galaxie Markarian 501 scheint es nicht nur
ein extrem massereiches Schwarzes Loch zu geben, sondern zwei. Beobachtungen im
Radiobereich aus mehreren Jahren legen nahe, dass das Duo schon in rund 100
Jahren miteinander verschmelzen könnte. Verraten hat sich das Paar durch seine
Jets, als zwei gewaltige gebündelte Teilchenströme.
Die künstlerische Darstellung zeigt das
Zentrum der Galaxie Markarian 501, aus dem zwei
mächtige Jets ausströmen. Das extrem massereiche
Schwarze Loch im Zentrum, dessen Existenz bereits
bekannt war, verzerrt das Licht des dahinter
liegenden Jets teilweise zu einem sogenannten
Einsteinring. Der gekrümmte Jet gehört
höchstwahrscheinlich zu einem zweiten,
unbeobachteten Schwarzen Loch. Im Hintergrund
sind die Radiobeobachtungen als Konturen
erkennbar. Bild: Emma
Kun / HUN-REN Konkoly Observatory / Mit
KI-Unterstützung erstellt [Großansicht] |
Nach aktuellen Erkenntnissen befindet sich im Zentrum fast jeder großen
Galaxie ein extrem massereiches Schwarzes Loch mit der millionen- oder sogar
milliardenfachen Masse unserer Sonne. Noch ist unklar, wie genau sie diese
enormen Massen erreichen können. Das Aufsammeln (Akkretieren) von Gas aus der
Umgebung allein würde zu lange dauern, sodass sie vermutlich mit anderen
massereichen Schwarzen Löchern verschmelzen müssen. Kollisionen zwischen
Galaxien wurden schon im ganzen Universum beobachtet. Es ist daher sehr
wahrscheinlich, dass auch die extrem massereichen Schwarzen Löcher im Zentrum
dieser kollidierenden Galaxien miteinander verschmelzen, wobei sie sich zunächst
immer näher umkreisen und schließlich eins werden. Theoretische Modelle können
diese letzte Phase allerdings noch nicht zuverlässig beschreiben.
Erschwerend kommt hinzu, dass sich bisher kein enges Paar massereicher
Schwarzer Löcher sicher nachweisen ließ, obwohl Kollisionen zwischen Galaxien
auf kosmischen Zeitskalen keine Seltenheit sind. Mit einer aktuellen Studie zur
Galaxie Markarian 501 (Mrk 501) im Sternbild Herkules hat sich das geändert: Ein
internationales Team um Silke Britzen vom Max-Planck-Institut für
Radioastronomie (MPIfR) in Bonn fand direkte Hinweise auf genau ein solches Paar
im Herzen von Mrk 501. Das dortige Schwarze Loch schleudert einen gewaltigen
Strahl fast lichtschneller Teilchen – einen Jet – in das All hinaus.
Für die Studie analysierte das Team hochaufgelöste Beobachtungen der Region.
Diese decken verschiedene Radiofrequenzen ab und wurden an Dutzenden Tagen
verteilt über einen Zeitraum von zirka 23 Jahren gesammelt. In diesen
Langzeitdaten zeigt sich nicht nur ein einzelner Jet, sondern gleich ein
zweiter. Es ist die erste direkte Abbildung eines solchen Systems im Zentrum
einer Galaxie und ein deutlicher Hinweis auf die Existenz eines zweiten extrem
massereichen Schwarzen Lochs. "Wir haben so lange danach gesucht und dann kam es
völlig überraschend, dass man einen zweiten Jet nicht nur sehen, sondern ihn
sogar in der Bewegung verfolgen kann", berichtet Britzen.
Der erste Jet zeigt Richtung Erde, weshalb er uns besonders hell erscheint
und schon lange bekannt ist. Der zweite Jet ist anders orientiert und war daher
schwieriger nachzuweisen. Die Astronominnen und Astronomen konnten über einen
Zeitraum von nur wenigen Wochen erhebliche Änderungen beobachten: Der zweite Jet
startet hinter dem größeren Schwarzen Loch und bewegt sich gegen den
Uhrzeigersinn um dieses herum. Dieser Prozess wiederholt sich. "Die Daten
auszuwerten fühlte sich an, wie auf einem Schiff zu sein. Das gesamte Jet-System
ist in Bewegung. Ein System aus zwei Schwarzen Löchern kann das erklären: Die
Bahnebene schwankt", erklärt Britzen.
An einem Beobachtungstag im Juni 2022 erreichte uns die von ihm ausgesandte
Strahlung auf einer so krummen Bahn, dass sie ringförmig erschien – ein
sogenannter Einsteinring. Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass das System
perfekt auf uns ausgerichtet war. Der Gravitationslinseneffekt des vorderen,
bekannten Schwarzen Lochs lenkte das Licht des zweiten Jets dahinter ab. Aus dem
zeitlichen Verlauf und wiederkehrenden Mustern in der Helligkeit der Jets
konnten die Forschenden unter anderem ableiten, dass sich die beiden Schwarzen
Löcher mit einer Periode von ungefähr 121 Tagen umkreisen. Ihr Abstand
zueinander ist dabei etwa 250 bis 540 Mal so groß wie der zwischen Erde und
Sonne – winzig für so extreme Objekte mit 100 Millionen bis einer Milliarde
Sonnenmassen. Je nach ihren tatsächlichen Massen könnte ihr Abstand so schnell
abnehmen, dass ein Verschmelzen in rund 100 Jahren möglich wäre.
Aufgrund der großen Entfernung zwischen Mrk 501 und der Erde können die
beiden Schwarzen Löcher selbst mit fortschrittlichsten Beobachtungsmethoden
nicht als getrennte Objekte abgebildet werden. Nicht einmal das Event
Horizon Telescope (EHT), das uns in den Jahren 2019 und 2022 die ersten
Bilder Schwarzer Löcher lieferte, ist leistungsfähig genug. Der immer engere
Umlauf des Paares in Mrk 501 wird also nicht direkt beobachtet werden können.
Dennoch erwarten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eindeutige Beweise
des immer kleiner werdenden Abstands zwischen den beiden Schwarzen Löchern: Das
System sollte Gravitationswellen mit sehr niedrigen Frequenzen aussenden, die
sich mithilfe von Pulsar Timing Arrays (PTAs) nachweisen lassen
könnten.
Paare extrem massereicher Schwarzer Löcher sind bereits die favorisierte
Erklärung für den Gravitationswellenhintergrund, der im Jahr 2023 mit dem
European Pulsar Timing Array und anderen Anlagen entdeckt wurde. Mrk 501
ist nun ein erstklassiger Kandidat dafür, die mit PTAs gemessenen
Gravitationswellen einem bestimmten System aus zwei extrem massereichen
Schwarzen Löchern zuzuordnen. "Wenn Gravitationswellen nachgewiesen werden,
könnten wir sogar beobachten, wie ihre Frequenz stetig ansteigt, während sich
die beiden Giganten spiralförmig aufeinander zu bewegen. Dies würde uns die
seltene Gelegenheit bieten, das Verschmelzen von extrem massereichen Schwarzen
Löchern mitzuerleben", so Héctor Olivares von der Universität im portugiesischen
Aveiro, der zum Forschungsteam gehörte.
Die Ergebnisse wurden in der kommenden Ausgabe der Fachzeitschrift
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
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