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Entdeckung: Ein ultramassereiches Schwarzes Loch in SDSS J1148+1930
In einer Entfernung von etwa fünf Milliarden Lichtjahren von der Erde befindet sich die Galaxie SDSS J1148+1930, die ein Schwarzes Loch im Zentrum birgt, dessen Masse auf rund 36,3 Milliarden Sonnenmassen geschätzt wird. Damit zählt dieses Objekt zu den massereichsten bekannten Schwarzen Löchern und nähert sich damit den von astrophysikalischen Wachstumsmodellen prognostizierten maximalen Grenzen. Zum Vergleich: Das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße, Sagittarius A*, bringt nur etwa 4,3 Millionen Sonnenmassen auf die Waage – was im Vergleich zu diesem neu vermessenen Koloss verschwindend gering erscheint.
Die an der Untersuchung beteiligten Astronomen bezeichnen das Objekt als ultramassereich statt nur supermassereich, um die außergewöhnliche Größe hervorzuheben. Thomas Collett von der University of Portsmouth betont: „Dies gehört zu den zehn massereichsten jemals entdeckten Schwarzen Löchern und könnte sogar das massereichste sein.“ Das Team weist darauf hin, dass ihre Messungen einige der Unsicherheiten verringern, die bisher bei der Schätzung der Massen der größten Schwarzen Löcher auftraten.
Messung der Masse: Gravitationslinseneffekt und Sternkinematik
Das Schwarze Loch in SDSS J1148+1930 wurde mithilfe einer Kombination aus Messdaten des Gravitationslinseneffekts und Sternbewegungen erkannt und seine Masse bestimmt. Die Galaxie ist außerdem mit dem sogenannten "Kosmischen Hufeisen" assoziiert – einem markanten Lichbogen, der entsteht, wenn eine massereiche Vordergrundgalaxie das Licht einer dahinterliegenden Galaxie wie eine Linse verzerrt und verstärkt. Die Ausprägung und Geometrie dieser Verzerrung geben Aufschluss über die Massenverteilung im Vordergrund, wozu auch der Beitrag des zentralen Schwarzen Lochs zählt.
Wie Hauptautor Carlos Melo-Carneiro von der Federal University of Rio Grande do Sul erläutert, wurde das Schwarze Loch in einem Ruhezustand entdeckt – es sammelt derzeit kein Gas an und besitzt daher keine leuchtende Akkretionsscheibe. Seine Existenz lässt sich ausschließlich durch seine gravitative Wirkung auf umliegende Sterne sowie das gelinste Hintergrundlicht feststellen. In solchen gelinsten Systemen erlaubt die präzise Modellierung des Linsenbogens, kombiniert mit Messungen der Sternbewegungen nahe des galaktischen Zentrums, eine sehr genaue Einschränkung der kombinierten Masse aus Galaxie und zentralem Schwarzen Loch.
Sternkinematik beschreibt die Bewegungen und Bahnen der Sterne rund um das Zentrum einer Galaxie. Die langfristige Überwachung solcher Sternbahnen hat bereits zuvor robuste Massenangaben für ruhende Schwarze Löcher, darunter auch das der Milchstraße, ermöglicht. Durch das Zusammenspiel aus dynamischen Methoden und detailreichen Linsenmodellen gelang nun eine besonders exakte Bestimmung der Masse des Schwarzen Lochs in SDSS J1148+1930.
Wissenschaftlicher Kontext: Praktische Grenzen, fossile Galaxien und Vergleichsfälle
Theoretisch könnte ein Schwarzes Loch unbegrenzt wachsen. In der Praxis jedoch setzen astrophysikalische Faktoren – etwa, wie viel Materie zur Verfügung steht und wie alt das Universum ist (aktuell etwa 13,8 Milliarden Jahre) – Beschränkungen für die maximale Größe. Gegenwärtige Schätzungen gehen davon aus, dass das praktisch erreichbare Maximum bei rund 50 Milliarden Sonnenmassen liegt, sodass das jetzt gemeldete Schwarze Loch mit 36,3 Milliarden Sonnenmassen nahe an dieser empirischen Obergrenze liegt.
Nicht bei allen als riesig geltenden Schwarzen Löchern ist die Massenangabe gleich gesichert. Im Fall des Kandidaten TON 618 wurde die Masse nach verbesserten kinematischen Analysen beispielsweise von ursprünglich 66 Milliarden auf etwa 40 Milliarden Sonnenmassen korrigiert. Im Gegensatz dazu sorgen beim SDSS J1148+1930 sowohl die Linse als auch die Sternbewegungen für ein besonders belastbares Messergebnis.
Ein besonderes Merkmal des Systems ist, dass es sich bei der Wirtsgalaxie offenbar um eine sogenannte „fossile Galaxie“ handelt: Sie gilt als das Endstadium eines zuvor reichhaltigen Galaxienhaufens, der im Lauf der Zeit zu einer einzelnen massiven Galaxie verschmolzen ist. In diesem Szenario verschmelzen mehrere Galaxien mitsamt ihrer zentralen Schwarzen Löcher, die sich ebenfalls verbinden – ein plausibler Weg zur Bildung eines ultramassereichen Schwarzen Lochs.
Bedeutung für die Entwicklung von Galaxien und Schwarzen Löchern
Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Beobachtungspunkt dar, um zu verstehen, wie die massereichsten Schwarzen Löcher des Universums entstehen. Falls ultramassereiche Schwarze Löcher vor allem durch hierarchische Verschmelzungen von Galaxienhaufen und deren Schwarzen Löchern entstehen, können Studien an fossilen Systemen wie SDSS J1148+1930 Aufschluss über die letzten Entwicklungsphasen von Galaxien und ihren zentralen Schwarzen Löchern geben. Außerdem liefern solche Ergebnisse neue Anhaltspunkte für Modelle des Schwarzen Loch-Wachstums durch Akkretion und Zusammenschlüsse und überprüfen theoretische Obergrenzen, wie sie durch kosmische Zeitskalen und verfügbare Materiemengen gesetzt sind.
Praktisch betrachtet haben genauere Massenmessungen ultramassereicher Schwarzer Löcher Einfluss darauf, wie wir sogenannte Skalenbeziehungen (zum Beispiel zwischen Schwarzem Loch und Eigenschaften der Wirtsgalaxie) interpretieren und wie Feedback-Prozesse, die die Sternentstehung in massereichen Systemen regulieren, in kosmischen Simulationen modelliert werden.
Neue Technologien und zukünftige Perspektiven
Weitere Verfeinerungen solcher Messungen werden von noch höher aufgelösten Beobachtungen und detaillierter Spektroskopie durch aktuelle und kommende Teleskope abhängen. Instrumente wie das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), das Extremely Large Telescope (ELT) sowie neuartige adaptive Optiksysteme an großen erdgebundenen Teleskopen werden eine bessere räumliche Auflösung und Empfindlichkeit ermöglichen. Dadurch lassen sich präzisere Karten der Sternkinematik und ausgereiftere Linsenmodelle erstellen. Außerdem werden größere und systematischere Stichproben von gelinsten und fossilen Galaxien dabei helfen, herauszufinden, ob SDSS J1148+1930 ein Einzelfall oder Vertreter einer ganzen Population ultramassereicher Schwarzer Löcher ist.
Der kontinuierliche Vergleich von massenspezifischen Abschätzungen anhand von Linseneffekten sowie unabhängig bestimmten Massen aus Kinematik oder Variabilitätsanalysen ist entscheidend, um mögliche systematische Fehlerquellen in den Massenbestimmungen der größten Schwarzen Löcher zu reduzieren.
Fazit
Das zentrale Schwarze Loch der Galaxie SDSS J1148+1930 mit einer Masse von schätzungsweise 36,3 Milliarden Sonnenmassen gehört zu den größten bekannten Schwarzen Löchern und könnte sich der oberen praktischen Wachstumsgrenze annähern, die durch die kosmische Geschichte und physikalische Prozesse gesetzt ist. Nachgewiesen wurde das ruhende ultramassereiche Schwarze Loch durch die Kombination aus Gravitationslinsen-Analyse und Sternkinematik im System des „Kosmischen Hufeisens“. Es liefert ein Schlüsselergebnis dafür, wie die gewaltigsten Schwarzen Löcher vermutlich durch Verschmelzungsprozesse in fossilen Galaxienumgebungen entstehen. Zukünftige hochauflösende Messungen und umfangreichere Datensätze werden zeigen, ob solche extremen Massen seltene Ausreißer sind oder eine natürliche Folge der Entwicklung riesiger Galaxienhaufen.
Zitate:
- „Dies gehört zu den zehn massereichsten jemals entdeckten Schwarzen Löchern und könnte sogar das massereichste sein.“ – Thomas Collett, University of Portsmouth.
- „Diese Entdeckung gelang bei einem ‚ruhenden‘ Schwarzen Loch – der Nachweis beruhte ausschließlich auf der enormen Gravitation und ihre Wirkung auf das Umfeld.“ – Carlos Melo-Carneiro, Federal University of Rio Grande do Sul.
Quelle: sciencealert
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