Blockierter Kontakt: Astronomen haben eines der schwersten Paare supermassereicher Schwarzer Löcher entdeckt – es ist rund 28 Milliarden Sonnenmassen schwer. Doch genau dies führte offenbar dazu, dass ihre Verschmelzung bei einem Abstand von nur noch 24 Lichtjahren stoppte. Denn ihre spiralige Annäherung setzte so viel Energie frei, dass Sterne und Gas aus ihrer Umgebung weggeschleudert wurden. Dadurch fehlt ihnen nun die Schwerkraftbremse für die weitere Annäherung, wie die Forschenden berichten.
Wenn Galaxien miteinander verschmelzen, interagieren auch die supermassereichen Schwarzen Löcher in ihrem Zentrum. Angezogen von ihrer enormen Gravitation, beginnen sie einander zu umkreisen. Durch Schwerkraft-Interaktionen miteinander und mit umgebenden Sternen verlieren sie dabei Energie und werden langsamer, ihre Orbits nähern sich dadurch immer weiter an, bis sie schließlich verschmelzen. Astronomen haben schon mehrere solcher „Giganten-Paare“ im All entdeckt, darunter auch einen Doppelquasar.
Tanz der Giganten in ferner Galaxie
Ein besonders enges Paar supermassereicher Schwarzer Löcher liegt in der rund 750 Millionen Lichtjahre entfernten Radiogalaxie B2 0402+379. Die Ränder beider Giganten liegen nur noch 24 Lichtjahre voneinander entfernt, das Paar ist damit das engste Paar mit noch getrennt sichtbaren Partnern. Eigentlich müsste damit ihre Verschmelzung unmittelbar bevorstehen. Doch früheren Beobachtungen zufolge könnte die Annäherung der beiden Giganten schon seit mehr als drei Milliarden Jahren stagnieren – aber warum?
Um das herauszufinden, hat ein Team um Tirth Surti von der Stanford University das Zentrum von B2 0402+379 nun näher untersucht. Dafür analysierten sie Archivdaten des GMOS-Spektrographen am Gemini-North-Teleskop auf Hawaii, durch die sie die Bewegung und Geschwindigkeit von Sternen im Umfeld der beiden supermassereichen Schwarzen Löcher verfolgen konnten. „Dadurch konnten wir auch auf die Masse der beiden Schwarzen Löcher schließen“, erklärt Surtis Kollege Roger Romani.
Gigantische Masse und freigefegte Umgebung
Das Ergebnis: Die beiden Schwarzen Löcher im Zentrum, der Galaxie B2 0402+379 bringen zusammen 28 Milliarden Sonnenmassen auf die Waage. „Das macht sie zu einem der massereichsten Paare Schwarzer Löcher, die wir kennen“, berichten die Astronomen. Sie vermuten, dass diese enorme Masse nur deshalb zustande kam, weil die Galaxie und die Schwarzen Löcher schon vorher mehrere Verschmelzungen durchlebt haben. Sie könnten sogar die Massen eines ganzen Galaxienclusters in sich vereinen, wie das Team erklärt.
Doch die enorme Masse des „Dunklen Paares“ könnte auch erklären, warum ihre aktuelle Verschmelzung nicht vorankommt: Um die beiden Schwarzen Löcher ausreichend abzubremsen, ist der bremsende Schwerkrafteinfluss besonders vieler Sterne und großer Gasmengen im Umfeld nötig. „Aber das Paar hat den zentralen Bereich der Galaxie quasi freigefegt und alle Sterne hinauskatapultiert, die eine dynamische Reibung über gravitative Drei-Körper-Bahnen ausüben könnten“, erklären die Astronomen.
Kommt die Verschmelzung wieder in Gang?
Die Folge: Dem Giganten-Paar fehlt nun das „Bremsmaterial“, um langsamer zu werden und sich dadurch weiter anzunähern. „Dies ließ sie stagnieren“, so Romani. Dies erklärt, warum sich die Orbits der beiden Schwarzen Löcher in den letzten rund drei Milliarden Jahren kaum noch verändert haben. Ob das Paar jedoch diese Stagnation überwinden und in ferner Zukunft dann doch noch verschmelzen wird oder ob ihr enger Kreistanz für immer so weitergeht, ist noch offen.
Sollten die beiden extrem massereichen Schwarzen Löcher jedoch verschmelzen, dann würde die dabei freigesetzt Energie die Raumzeit massiv erschüttern. Die Gravitationswellen wären nach Schätzungen der Astronomen rund 100 Millionen Mal so stark wie bei einer Verschmelzung stellarer Schwarzer Löcher. „Wir planen bereits Folgestudien des Zentrums von B2 0402+379, um zu messen, wie viel Gas dort noch präsent ist“, sagt Surti. „Das könnte uns verraten, ob die supermassereichen Schwarzen Löcher doch noch verschmelzen oder ob sie ein Doppelsystem bleiben.“ (The Astrophysical Journal, 2024; doi: 10.3847/1538-4357/ad14fa)
Quelle: Association of Universities for Research in Astronomy (AURA)
