Ein Lichtstrahl, der heller als eine Billion Sonnen ist, verrät den Standort einer seltenen Doppelgalaxie mit Schwarzen Löchern

Brillante neue Signale aus einer weit entfernten Galaxie bestätigen, dass das System von zwei Schwarzen Löchern verankert ist, die in einem gewagten Tanz miteinander verwickelt sind.

Mysteriöse Fackeln am Himmel, die heller sind als eine Billion Sonnen, sind in Wirklichkeit das Leuchten zweier entfernter Schwarzer Löcher, die einander umkreisen, bestätigten Astronomen in neuen Beobachtungen, die ein jahrzehntealtes Rätsel lösen.

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Galaxie OJ 287, die 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Krebs liegt, von zwei Schwarzen Löchern verankert ist, einem supermassereichen und einem kleineren. Obwohl diese beiden Schwarzen Löcher auf Teleskopbildern wie ein Punkt aussehen, senden sie unterschiedliche Arten elektromagnetischer Signale aus, die es Astronomen ermöglichen, ihre jeweilige Identität zu entwirren.

Die Galaxie wurde 1888 entdeckt und Astronomen vermuten seit Jahrzehnten, dass es sich um ein Doppelsternsystem mit zwei Schwarzen Löchern im Kern handeln könnte. Die Galaxie weist ein Emissionsmuster auf, das in zwei getrennten Zyklen variiert, von denen einer 12 Jahre und der andere 55 Jahre dauert, was darauf hindeutet, dass zwei verschiedene Arten von Bewegung stattfinden – einer ist die Umlaufbahn eines Schwarzen Lochs um einen anderen; das andere ist die langsame Änderung der Ausrichtung dieser Umlaufbahn.

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Jahrelange Beobachtungen enthüllten Fackeln, die auftreten, wenn ein Schwarzes Loch durch die Akkretionsscheibe des anderen Lochs taucht – riesige Ringe aus wirbelnder Materie um supermassereiche Schwarze Löcher –, die den Staub und das Gas der Scheibe erhitzen und dramatische Energieblitze im gesamten elektromagnetischen Spektrum erzeugen. Diese Flares sind heller als eine Billion Sterne und dauern etwa zwei Wochen. Jetzt haben Forscher jedoch zwei noch dramatischere und weitaus kürzere Ausbrüche des Doppelsternsystems beobachtet, die die Existenz der beiden Schwarzen Löcher direkt bestätigen.

Während der Beobachtungen 2021–2022 sahen Forscher um den Astronomen Staszek Zola von der Jagiellonen-Universität in Krakau, Polen, einen Flare, der 100-mal so viel Licht erzeugte wie eine ganze Galaxie. Dieser Blitz dauerte nur einen einzigen Tag. Das Fermi-Teleskop der NASA entdeckte auch einen zweiten, ähnlich kurzen Gammastrahlenausbruch. Aufgrund der kurzen Dauer dieser Fackeln waren sie jahrzehntelang leicht zu übersehen.

„OJ 287 ist seit 1888 fotografisch festgehalten und wird seit 1970 intensiv verfolgt“, sagte der Hauptautor der Studie, Mauri Valtonen vom Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai, Indien, in einer Erklärung. „Es stellt sich heraus, dass wir einfach Pech hatten. Niemand hat OJ 287 genau in den Nächten beobachtet, in denen es seinen One-Night-Stunt machte.“

Also was passiert gerade? Die Forscher errechnen, dass das kleinere Schwarze Loch in OJ 287 etwa 150 Millionen Mal die Masse unserer Sonne hat. Der erste Riesenausbruch ereignete sich, weil diesem kleinen Schwarzen Loch neues Gas zugeführt wurde, das es schluckte, was dazu führte, dass sich ein Materialstrahl bildete und aus dem kleinen Schwarzen Loch schoss.

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Bald darauf passierte das kleine Schwarze Loch die Akkretionsscheibe des massereichen Schwarzen Lochs, das 18 Milliarden Mal so groß ist wie die Masse unserer Sonne. Der Jet interagierte mit der Scheibe und erzeugte den vom Fermi-Teleskop entdeckten Gammastrahlenausbruch.

Zusammengenommen bestätigen diese beiden Ausbrüche schließlich, dass es sich bei OJ 287 um ein Doppel-Schwarze-Loch-System handeln muss, bei dem das kleinere Objekt regelmäßig die Gasscheibe seines größeren Nachbarn durchquert.

Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in der Juni-Ausgabe von The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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Stephanie Pappas ist Autorin für Live Science und behandelt Themen von Geowissenschaften über Archäologie bis hin zum menschlichen Gehirn und Verhalten. Zuvor war sie leitende Autorin für Live Science, heute ist sie freiberuflich in Denver, Colorado tätig und schreibt regelmäßig Beiträge für Scientific American und The Monitor, das Monatsmagazin der American Psychological Association. Stephanie erhielt einen Bachelor-Abschluss in Psychologie von der University of South Carolina und ein Abschlusszeugnis in Wissenschaftskommunikation von der University of California, Santa Cruz.

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