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In einem Lichtblitz, dessen Strahlung rund 10 Milliarden Jahre durch das Universum reiste, haben Astronominnen und Astronomen die stärkste und am weitesten entfernte Ausbruchsaktivität eines Schwarzen Lochs beobachtet, die je registriert wurde. Der Ausbruch, der kurzzeitig ganze Galaxien überstrahlte, erreichte eine Spitzenleuchtkraft, die ungefähr 10 Billionen Sonnen entspricht, und eröffnet damit ein seltenes Fenster auf extreme Physik in den Zentren entfernter Galaxien.
Ein Ausbruch, der Rekorde schrieb
Die Quelle, katalogisiert als J2245+3743, brach 2018 plötzlich aus und wurde innerhalb weniger Monate etwa vierzigmal heller. Auf dem Höhepunkt war sie ungefähr 30-mal heller als der bisher stärkste beobachtete Ausbruch eines aktiven Galaxienkerns (AGN) — ein Ereignis, das in der Fachwelt informell als „Scary Barbie“ bezeichnet wurde. Bis die Entdeckungsteams ihre Analyse im März 2025 einreichten, hatte der Flare nahe 1e54 Erg an Energie freigesetzt, eine Energieskala, die mit der Umwandlung der gesamten Sonnenmasse in elektromagnetische Strahlung vergleichbar ist (etwa 1e54 erg ≈ 1e47 Joule).
Der Erstautor Matthew Graham vom Caltech beschreibt das Objekt nüchtern: Seine Energieausbeute und seine Entfernung heben es deutlich ab. „Das ist anders als jeder AGN, den wir je gesehen haben“, erklärt er und betont sowohl die Intensität als auch den fernen Ursprung des Lichts. Die Interpretation des Teams lautet auf ein Gezeitenzerreißungsereignis (TDE, Tidal Disruption Event), bei dem ein supermassives Schwarzes Loch — auf ungefähr 500 Millionen Sonnenmassen geschätzt — einen unglücklichen Stern auseinanderreißt.
Warum Astronominnen und Astronomen ein Gezeitenzerreißungsereignis annehmen
Verschiedene kosmische Phänomene können helle, langsam abklingende Ausbrüche erzeugen. Gammastrahlenausbrüche, die mit Supernovae verbunden sind (das sogenannte BOAT, Brightest Of All Time), Kilonovae aus Neutronensternverschmelzungen und intrinsische Variabilität von AGN können Teile einer TDE-Lichtkurve nachahmen. Um diese Möglichkeiten zu unterscheiden, analysierte das Team die spektrale Entwicklung des Flares, das Helligkeitsprofil und das Verhalten über mehrere Wellenlängenbereiche (Multiwavelength-Analyse), einschließlich optischer, ultravioletter und Röntgendaten.
Die sich entwickelnde Lichtkurve von J2245+3743 passte am besten zu Modellen, in denen ein Stern — sehr wahrscheinlich ein massereicher Stern, möglicherweise in der Größenordnung von ~30 Sonnenmassen — durch Gezeitenkräfte in der Nähe des Schwarzen Lochs zerrissen wurde. Das entstandene Trümmerfeld bildet eine Akkretionsscheibe, die intensiv strahlt, wenn Material spiralförmig nach innen fällt und dabei Gravitationsenergie in Strahlung umwandelt. Bei jahrelanger Beobachtung ist das Objekt langsam abgeklungen, bleibt aber etwa zwei Größenklassen heller als sein Ausgangslevel vor dem Ausbruch, was darauf hindeutet, dass das Schwarze Loch weiterhin die letzten Reste des zerrissenen Sterns verschluckt.
Konnte der Stern wirklich so massiv gewesen sein?
Massive Sterne sind in normalen galaktischen Umgebungen selten, doch es gibt plausible Mechanismen, die ungewöhnlich schwere Sterne innerhalb von AGN-Akkretionsscheiben entstehen lassen. Die Astronomin K. E. Saavik Ford von der City University of New York weist darauf hin, dass in einer dichten Akkretionsscheibe eingebettete Sterne zusätzliches Material aus der Umgebung akkretieren können und dadurch deutlich größer werden als isolierte Sterne. In einem solchen Umfeld wachsen Sterne, können sich miteinander verschmelzen oder weiter an Masse gewinnen, was das Entstehen eines ~30-Sonnenmassen-Sterns in der Nähe des galaktischen Zentrums plausibel macht und erklärt, wie ein so massereicher Stern auf Kollisionskurs mit dem zentralen Schwarzen Loch geraten konnte.
Kosmologische Zeitdilatation: Das Ereignis in Zeitlupe beobachten
Ein auffälliges Merkmal von J2245+3743 ist die lange scheinbare Dauer des Flares aus unserer Perspektive. Obwohl die helle Phase auf der Erde länger als sechs Jahre sichtbar war, dehnen relativistische kosmologische Effekte sowohl die Wellenlänge des Lichts als auch die scheinbare Dauer des Ereignisses. Mit anderen Worten: Die Expansion des Universums verlangsamt die beobachtete Zeitachse — was am Ort des Geschehens nur einige Jahre dauerte, kann für uns erheblich gestreckt erscheinen.
„Es ist kosmologische Zeitdilatation“, erklärt Graham. „Das Licht braucht so lange, um den expandierenden Raum zu durchqueren, dass sowohl die Farbe als auch das Timing gedehnt werden. Sieben Jahre hier entsprechen etwa zwei Jahren, während das Ereignis tatsächlich ablief.“ Diese Korrektur ist entscheidend, um präzise Modelle für die Entwicklung von TDEs zu erstellen, um Massenrückflussraten (fallback rates) zu bestimmen und um Ereignisse über große Rotverschiebungen hinweg vergleichbar zu machen.
Implikationen für Entdeckung und Archivsuche
Die Identifikation von J2245+3743 als TDE hat praktische Konsequenzen für die Suche nach seltenen, extremen Transienten. Viele frühere Transient-Entdeckungen in großflächigen Himmelsdurchmusterungen könnten fehlklassifizierte AGN-Variabilitäten oder andere Phänomene gewesen sein. Mit verfeinerten Templates, die Rotverschiebung, Zeitdilatation und mehrwellenlängen Verhalten berücksichtigen, können Forscher Archive erneut durchforsten (Archival Searches), um ähnliche extreme Ereignisse zu finden, die zuvor übersehen wurden.
Das Auffinden entfernter und energiearmer beziehungsweise energieintensiver TDEs erweitert unser Verständnis der Demographie supermassiver Schwarzer Löcher (Black Hole Demographics), der Akkretionsphysik unter extremen Bedingungen und der Sternpopulationen innerhalb von AGN-Scheiben. Zudem demonstriert der Fund den Wert langfristiger, multiwellenlängen Beobachtungsprogramme, die in der Lage sind, langsame, sehr leuchtkräftige Transienten über die kosmische Zeit zu erfassen, einschließlich Beobachtungen in optischen, ultravioletten, Röntgen- und Radiobändern.
Wo diese Forschung veröffentlicht wurde
Die Analyse und Interpretation von J2245+3743 wurden in Nature Astronomy veröffentlicht. Die Veröffentlichung kombiniert photometrische und spektroskopische Überwachungen, Modellierungen der Energetik des Flares sowie einen kontextuellen Vergleich mit anderen seltenen kosmischen Explosionen wie Gammastrahlenausbrüchen und Kilonovae. Solche Publikationen enthalten üblicherweise detaillierte Daten zu Lichtkurven, Spektren, Rotverschiebungen und Modellparametern, die für die Nachrechenbarkeit (reproducibility) und die wissenschaftliche Validierung unerlässlich sind.
Expert Insight
„Beobachtungen wie J2245+3743 erinnern uns daran, dass das Universum weiterhin Ausreißer bereithält, die unsere Modelle herausfordern“, sagt Dr. Mira Halvorsen, eine fiktive Astrophysikerin, die Akkretion an Schwarzen Löchern untersucht. „Dieses Ereignis dehnt unser Verständnis darüber, wie viel Energie bei einer Gezeitenzerreißung freigesetzt werden kann — und wie die Umgebung um ein Schwarzes Loch, etwa eine AGN-Scheibe, sowohl den Mutterstern als auch das ausgesendete Licht prägt.“
Langfristige Nachbeobachtungen — über Röntgen-, optische und Radiofrequenzen — werden zeigen, wie schnell J2245+3743 schließlich wieder auf sein Ausgangslevel absinkt und werden die Schätzungen zur Masse des zerrissenen Sterns sowie zur Masse des Schwarzen Lochs verfeinern. Solche Daten liefern Informationen über den zeitlichen Verlauf der Akkretion, die Temperaturentwicklung der Scheibe, mögliche Jets oder Radioemissionen und Änderungen in der Spektralenergieverteilung (SED). Bis dahin bleibt das Ereignis ein Rekordhalter: ein Flare, heller als alles zuvor dokumentierte, gesendet aus der tiefen Vergangenheit und durch kosmologische Expansion in Zeitlupe zu uns gelangt.
Technisch betrachtet liefert J2245+3743 wichtige Anhaltspunkte für mehrere Schlüsselthemen der modernen Astrophysik: die maximale Leuchtkraft, die durch kurzzeitige, nicht-jetsimulierte Akkretionsereignisse erreicht werden kann; die Rolle von Super-Eddington-Akkretion in transienten Ausbrüchen; und die Wechselwirkung zwischen Trümmerrückfluss, Scheibenausbildung und Strahlungstransport. Die Messung der spektralen Linienprofile und deren zeitliche Entwicklung erlaubt Rückschlüsse auf Geschwindigkeiten des Trümmerstroms, Ionisationszustände und mögliche Absorptionskomponenten aus umgebendem Material oder aus einer bestehenden AGN-Scheibe.
Für die zukünftige Suche nach extremen TDEs sind mehrere Aspekte ausschlaggebend: Erstens, längere Beobachtungszeiträume in automatisierten Himmelsdurchmusterungen (wide-field surveys), um langsame, langanhaltende Ereignisse nicht zu übersehen; zweitens, eine enge Verzahnung von optischen und hochenergetischen Instrumenten, um die ganze Bandbreite der Emission zu erfassen; drittens, die Entwicklung von Analysepipelines, die Zeitdilatation und Rotverschiebung effizient berücksichtigen, sodass transiente Kandidaten über große kosmische Entfernungen hinweg erkannt werden können.
J2245+3743 liefert außerdem Input für theoretische Modelle der Entstehung von massereichen Sternen in den Nähebereichen supermassiver Schwarzer Löcher. Wenn AGN-Scheiben tatsächlich als Brutstätten für ungewöhnlich schwere Sterne fungieren, beeinflusst das die Vorhersagen für TDE-Raten in galaktischen Zentren sowie die möglichen Massenverteilungen der zerstörten Sterne. Es hat auch Auswirkungen auf die erwartete elektromagnetische Signatur solcher Ereignisse, da massereiche Sterne andere Nukleosyntheseprodukte, andere Dichten und damit andere opakitätsabhängige Strahlungseigenschaften mitbringen.
Abschließend sei betont, dass das Auffinden und die detaillierte Untersuchung von Extremläufen wie J2245+3743 multidisziplinäre Zusammenarbeit erfordert: Beobachtungsnetzwerke, theoretische Modellsysteme, numerische Hydrodynamik-Simulationen und eine solide statistische Auswertung von Survey-Daten. Nur so können wir die Rolle solcher seltenen, aber energetisch dominanten Ereignisse im kosmischen Kontext verstehen — von der Akkretionsphysik bis zur biologisch relevanten Frage, wie häufig Schwarze Löcher Sterne zerreißen und damit zur chemischen Evolution ihrer Wirtsgalaxien beitragen.
Quelle: sciencealert
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