Schwarze Löcher im Dreierpack

Drei Massegiganten auf engem Raum: Astronomen haben in einer fernen Galaxie drei sich umkreisende massereiche Schwarze Löcher entdeckt. Sie bilden das engste bisher bekannte Trio dieser Art. Der Fund der drei könnte dabei helfen, endlich Gravitationswellen im Kosmos aufzuspüren, denn die Interaktion der drei Massegiganten erzeugt diese Turbulenzen der Raumzeit – und ihre Entdeckung deutet daraufhin, dass es von solchen Trios noch mehr im All geben könnte, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Die Schwarzen Löcher im Herzen von Galaxien gehören zu den massereichsten Objekten die man kennt: In ihnen sind zwischen einer Million und zehn Milliarden Sonnenmassen auf engstem Raum konzentriert, entsprechend gewaltig ist ihre Schwerkraftwirkung. Diese Schwarzen Löcher spielen daher nach gängiger Theorie eine Schlüsselrolle für die Entwicklung und das Wachstum von Galaxien. Auch im Herzen der Milchstraße liegt eine solche Singularität.

Spirale der Giganten

Normalerweise kommen diese supermassereichen Schwarzen Löcher einzeln vor, doch wenn zwei Galaxien kollidieren und verschmelzen, begegnen sich auch ihre Schwarzen Löcher. Dann können sie sich für bestimmte Zeit in einer immer enger werdenden Spirale umkreisen und schließlich sogar miteinander verschmelzen. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie löst die Wechselwirkung dieser massereichen Objekte so starke Schwerkraftturbulenzen aus, dass die Raumzeit selbst erschüttert wird – es bilden sich Gravitationswellen.

Doch bisher galten Zweifachsysteme von Schwarzen Löchern oder gar Dreifach-Begegnungen als extrem selten. Nur vier solcher Trios sind bisher bekannt und ihre Schwarzen Löcher umkreisen sich meist in sehr großen Abstand voneinander – zu weit, um Gravitationswellen auszulösen. Doch die neue Entdeckung von Roger Deane von der Universität Kapstadt und seinen Kollegen jedoch könnte darauf hindeuten, dass diese Gigantentreffen doch häufiger vorkommen als gedacht.

Die drei supermassereichen Schwarzen Löcher: zwei eng, mit verdrehten Jets (blau), und eines weiter entfernt mit linearen Jets (rot). © Roger Deane, NASA/GSFC

Drei auf einen Streich

Aufgespürt haben die Astronomen das neue Trio Schwarzer Löcher in einer rund vier Milliarden Lichtjahre von uns entfernten Galaxie. Die in ihrem Kern in die Schwarzen Löcher stürzende Materie sendet so starke Strahlung aus, dass die Galaxie als Quasar gut zu erkennen ist. Mit Hilfe der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) koppelten die Astronomen für ihre Studie mehrere Radioteleskope so zusammen, dass sie wie eine einzige, bis zu 10.000 Kilometer große und damit auflösungsstarke Radioantenne arbeiten.

Im Herzen der Galaxie entdeckten die Forscher dadurch das Dreifachsystem von supermassereichen Schwarzen Löchern und stellten fest, dass sich zwei davon in dem extrem geringen Abstand von weniger als 500 Lichtjahren umkreisen. Sie sind damit das zweitengste bekannte Paar solcher Massegiganten.

Quelle von Gravitationswellen

Wie die Beobachtungen zeigten, verrät sich die Bahnbewegung solcher eng wechselwirkender Schwarzer Löcher an einer helix- oder korkenzieherförmigen Verformung der normalerweise schnurgeraden Teilchenjets, die von ihm ausgehen. Diese können selbst über so gewaltige Entfernungen beobachtet werden und dabei helfen, solche Trios und Paare aufzuspüren. Das dritte Schwarze Loch liegt ebenfalls vergleichsweise nah: nur 25.000 Lichtjahre entfernt.

„Das Außergewöhnliche für mich dabei ist, dass diese beiden Schwarzen Löcher einen extremen Bereich von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie erfassen: sie umkreisen einander mit gleich 300-facher Schallgeschwindigkeit“, sagt Deane. Theoretisch müsste dieses Trio damit bereits Gravitationswellen verursachen. „Da wir dieses Trio nach der Durchmusterung von nur sechs Galaxien gefunden haben, schließen wir daraus, dass solche engen Paare häufiger sein müssen als bisher angenommen“, konstatieren die Forscher. Das aber bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, Quellen von Gravitationswellen im Universum zu finden, gestiegen ist – und damit die Chance, sie nachzuweisen. (Nature, 2014; doi: 10.1038/nature13454)

(Max-Planck Institut für Radioastronomie / SKA Africa, 26.06.2014 – NPO)