Einzigartiges Schwarzes Loch mittlerer Größe gefunden

Schwarze Löcher sind mysteriös, vieles an ihnen ist noch unerforscht. Nun scheinen Astronom*innen der Universität Utah allerdings einen kleinen Teil des Rätsels rund um das kosmische Phänomen gelöst zu haben. Wie aus einer Studie hervorgeht, entdeckten die Wissenschaftler*innen ein Schwarzes Loch mit einem besonderen Alleinstellungsmerkmal: Es ist kleiner als Schwarze Löcher, die in Zentren von Galaxien entstehen, allerdings größer als jene, die die Explosion eines Sterns hervorbringt. Damit ist es das bislang einzige bestätigte Schwarze Loch mittlerer Masse – ein Himmelskörper, nach dem Astronom*innen lange vergeblich gesucht haben.

"Wir haben sehr gute Nachweise für kleine schwarze Löcher, die bis zu 100 Mal so groß wie unsere Sonne sind und für supermassige schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien, die Millionen Mal so groß wie unsere Sonne sind“, erklärt Anil Seth, ein an der Studie beteiligter Astronom. „Aber dazwischen gibt es keine Messungen für schwarze Löcher. Unsere Entdeckung füllt diese Lücke.“

Jahrzehntelange Vermutung bestätigt sich

Gemeinsam mit seinen Kolleg*innen entdeckte Seth das mittelgroße Schwarze Loch in einem riesigen Sternhaufen, B023-G078. Eine Ansammlung von Sternen in unserer nächsten Nachbargalaxie Andromeda. Lange ging die Wissenschaft davon aus, dass es sich bei B023-G078 um einen gewöhnlichen kugelförmigen Sternhaufen handelt. Die an der Studie beteiligten Forscher*innen hatten allerdings eine andere Theorie: B023-G078 ist keine gewöhnliche Ansammlung von Sternen, sondern in Wirklichkeit ein sogenannter "Stripped Nucleus" (zu Deutsch etwa "abgestreifter Kern").

Stripped Nuclei sind Überreste kleinerer Galaxien, die in größere hineingefallen sind und deren äußere Sterne durch die Gravitationskräfte dieses Vorgangs abgestreift wurden. Zurück bleibt ein dichter Kern, der die größere Galaxie umkreist. Im Zentrum dieses Kerns befindet sich ein Schwarzes Loch. 

Durch die Entdeckung dieses Schwarzen Lochs konnten die Forscher*innen ihre jahrzehntelange Vermutung beweisen, dass es bei B023-G078 um einen Stripped Nucleus handelt. "Ich wusste, dass das Objekt B023-G078 eines der massereichsten Objekte in Andromeda war, und dachte, es könnte ein Kandidat für einen Stripped Nucleus sein. Aber wir brauchten Daten, um das zu beweisen."

Erforschen, wie Galaxien verschmelzen

Diese Daten konnten die Wissenschafter*innen schließlich mittels eines Observatoriums und Bildern des Hubble-Teleskops einfangen. Sie berechneten die Massenverteilung von B023-G078, um vorherzusagen, wie schnell sich die Sterne an einem bestimmten Ort innerhalb des Haufens bewegen sollten. Tatsächlich könne die beobachtete Geschwindigkeit nur erreicht werden, wenn sich ein Schwarzes Loch in der Mitte des Haufens befindet.

"Die stellaren Geschwindigkeiten, die wir erhalten, sind ein direkter Beweis dafür, dass es eine Art dunkle Masse im Zentrum gibt", sagt Renuka Pechetti, eine Co-Autorin der Studie. "Es ist sehr schwer für Kugelsternhaufen, große schwarze Löcher zu bilden. Aber wenn es sich um einen Stripped Nucleus handelt, dann muss dort bereits ein Schwarzes Loch vorhanden sein."

Die Forscher*innen hoffen in Zukunft weitere Stripped Nuclei mit mittelgroßen schwarzen Löchern in deren Zentrum zu finden. "Wir wissen, dass sich große Galaxien im Allgemeinen aus der Verschmelzung kleinerer Galaxien bilden", hält Seth fest. "Aber diese Nuclei ermöglichen es uns, die Details dieser vergangenen Begegnungen zu entschlüsseln", so der Astronom.