Milchstraße mit zweitem Schwarzen Loch?

Gewagte These: Im Zentrum der Milchstraße könnte es möglicherweise zwei Schwarze Löcher geben – zumindest schließen dies Astronomen nicht aus. Demnach könnte Sagittarius A* von einem kleineren, maximal 100.000 Sonnenmassen schweren Schwarzen Loch eng umkreist werden. Für Teleskope wäre dieser Begleiter unsichtbar, aber subtile Veränderungen im Orbit naher Sterne und niederfrequente Gravitationswellen könnte ihn verraten.

Im Zentrum der Milchstraße sitzt gängiger Annahme nach ein supermassereiches Schwarzes Loch – Sagittarius A*. Dieser vier Millionen Sonnenmassen schwere Gigant ist zwar unsichtbar, er verrät sich aber durch seine Schwerkraftwirkung auf nahe Sterne und ihn eng umkreisende Gase. Beobachtungen an anderen Galaxien zeigen jedoch, dass manchmal auch zwei oder sogar drei Schwarze Löcher in den galaktischen Zentren liegen können – meist ist dies die Folge einer Galaxienkollision.

Bisher gibt es keine Messdaten, die auf ein zweites Scharzes Loch im nahen Umfeld von Sagittarius A* hindeuten – das aber könnte sich ändern. © NASA

Hat Sagittarius A* einen Begleiter?

Doch bisher gingen Astronomen davon aus, dass dies bei der Milchstraße nicht der Fall ist. Denn ein zweites supermassereiches Schwarzes Loch hätte sich längst durch seine Schwerkraft-Effekte verraten müssen – zumindest wenn es im Zentrum sitzt. Allerdings haben Astronomen kürzlich mithilfe einer Simulation nachgewiesen, dass sich im Halo der Milchstraße durchaus weitere Schwerkraftgiganten verbergen könnten.

Noch einen Schritt weiter gehen nun Astronomen um Smadar Naoz von der University von California in Los Angeles. Denn sie vermuten, dass es sogar im Milchstraßenzentrum noch ein weiteres, bisher unentdecktes Schwarzes Loch geben könnte. Ihren Berechnungen zufolge müsste dieses Schwarze Loch allerdings weit kleiner sein als Sagittarius A* und es in relativ enger Bahn umkreisen – dann wäre es allen bisherigen Beobachtungen problemlos entgangen.

Sternenorbit als Messhilfe

Für ihre Studie haben die Forscher untersucht, wie ein zweites Schwarzes Loch im Galaxienzentrum die Bahn des gut beobachtbaren Sterns S0-2 beeinflussen würde. Dieser Stern umkreist Sagittarius A* auf einer exzentrischen Bahn, die ihn alle knapp 16 Jahre bis auf 17 Lichtstunden an das Schwarze Loch heranbringt. Die Bewegung dieses Sterns und Veränderungen seines Lichtspektrums liefern wertvolle Hinweise auf die Eigenschaften von Sagittarius A*.

Deshalb ist S0-2 einer der am intensivsten beobachteten Sterne der Milchstraße – er wird seit 24 Jahren immer wieder von den Astronomen ins Visier genommen. Mithilfe dieser Daten haben sie unter anderem die von Einstein postulierte gravitative Rotverschiebung überprüft und bestätigt. Jetzt haben Naoz und ihr Team ermittelt, wie schwer ein zweites Schwarzes Loch maximal sein dürfte, um den bisherigen Beobachtungen zu entgehen.

Umlaufbahn des massereichen Sterns S0-2 um das zentrale Schwarze Loch (Kreis) der Milchstraße © ESO

100.000 Sonnenmassen als Obergrenze

Das Ergebnis: „Wir können ausschließen, dass das zweite supermassereiche Schwarze Loch mehr als 100.000 Sonnenmassen wiegt“, berichtet Naoz. Denn wäre es schwerer, dann hätten die Astronomen seine Schwerkraft-Effekte am Verhalten des Sterns S0-2 längst erkannt. Anders wäre dies bei einem kleineren Begleiter: „Ein solches Objekt wurde den Orbit von S0-2 auf eine Weise beeinflussen, wie wir nicht ohne Weiteres messen können“, erklärt die Astrophysikerin.

Verraten könnte sich ein solcher Begleiter jedoch durch subtile, langfristige Veränderungen im Orbit des Sterns S0-2. Weil das zweite Schwarze Loch um das erste kreist, würde der Schwerkrafteinfluss auf den Stern im Laufe der Zeit immer wieder leicht variieren. Das könnte dazu führen, dass der Stern nach einer Umrundung des Milchstraßenzentrum beim nächsten Mal nicht wieder den genau gleichen Punkt im Raum durchläuft, wie die Forscher erklären.

„Ich warte daher schon begierig auf die nächste nahe Passage von S0-2 in knapp 16 Jahren“, sagt Naoz. „Denn dann werden wir mögliche Veränderungen in der Orientierung des langgezogenen Sternenorbits messen können.“

Nachweis durch Gravitationswellen möglich

Eine weitere Möglichkeit, wie man das zweite Schwarze Loch aufspüren könnte, wären Gravitationswellen. Diese entstehen, wenn zwei Schwarze Löcher oder Neutronensterne miteinander verschmelzen. Sie werden aber auch schon freigesetzt, wenn sich zwei solche Objekte ausreichend nah umkreisen. „Die Wellen, die von unserem hypothetischen Paar im Galaxienzentrum ausgehen, wären aber zu niederfrequent, um von den LIGO-Detektoren wahrgenommen zu werden“, sagt Naoz.

Doch in naher Zukunft könnten neue Detektoren wie das Gravitationswellen-Observatorium LISA „feinfühlig“ genug sein, um die subtilen Raumzeit-Schwingungen eines möglichen Gigantenpaares im galaktischen Zentrum einzufangen. Nachdem eine Testmission im Jahr 2016 erfolgreich abgeschlossen wurde, sollen die LISA-Satelliten im Jahr 2034 ins All starten.

Ursache für Hyperschnellläufer?

Sollte es tatsächlich ein zweites Schwarzes Loch im Milchstraßenzentrum geben, könnte dies ein weiteres galaktisches Phänomen erklären: extreme Hyperschnellläufer. Diese Sterne rasen mit mehr als tausend Kilometern pro Sekunde durch die Galaxie – zu schnell, um durch gängige Ereignisse wie Supernovae beschleunigt worden zu sein. Doch wie Naoz und ihr Team erklären, könnte die Schwerkraft-Wirkung eines Paares supermassereicher Schwarzer Löcher durchaus genügen, um einen solchen Stern mit diesem Tempo aus seinem heimischen Doppelsystem zu katapultieren.

Noch allerdings ist die Präsenz eines zweiten Schwarzen Lochs im Milchstraßen-Zentrum wenig mehr als eine Spekulation. Ob Sagittarius A* wirklich einen kleineren Begleiter besitzt, müssen künftige Beobachtungen zeigen. (Astrophysical Journal Letters, in press; arXiv:1912.04910)

Quelle: Naoz et al; The Conversation