English version

Noch nie zuvor gesehen: zwei super-massereiche Schwarze Löcher in einer Galaxie

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler ein Paar aktiver Schwarzer Löcher im Zentrum der selben Galaxie gefunden. Diese Schwarzen Löcher werden in einigen hundert Millionen Jahren miteinander verschmelzen und dabei ein noch größeres Schwarzes Loch bilden, ein Ereignis das von einem gigantischen Ausbruch an Gravitationswellen begleitet wird.

Ein tiefer Röntgenblick in das Herz der außerordendlich hellen Galaxie NGC6240 mit Hilfe des NASA-Observatoriums Chandra enthüllte, dass sich nicht nur ein, sondern zwei gigantische, Materie verschlingende Schwarze Löcher im Zentrum dieser Galaxie befinden (Abb. 1). Diese Entdeckung zeigt, dass massereiche Schwarze Löcher durch Verschmelzungsprozesse in Galaxien wachsen können und dass derartige Ereignisse mit zukünftigen Gravitationswellen-Antennen im Weltraum beobachtet werden können.

"Der Durchbruch gelang mit Chandra's Fähigkeit, ein scharfes Bild der zwei Kerne im Zentrum der Galaxie aufzunehmen und gleichzeitig eine detaillierte Röntgen-Diagnose durchzuführen", sagte Günther Hasinger vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und Co-Autor der in Kürze erscheinenden Publikation in den Astrophysical Journal Letters. "Diese kosmischen Fingerabdrücke weisen eindeutig auf die Existenz von massereichen aktiven Schwarzen Löchern hin: ein Exzess hochenergetischer Strahlung von heißem Gas (Abb. 2), das um das Schwarze Loch wirbelt sowie die charakteristische Fluoreszenzstrahlung von Eisenatomen in der Nähe des Schwarzen Loches" (Abb. 3).

Frühere Röntgenbeobachtungen hatten gezeigt, dass in der Galaxie NGC 6240 hochenergetische Röntgenstrahlung erzeugt wird, während mittels Radio- Infrarot- und optischen Beobachtungen zwei helle Kerne entdeckt wurden, deren Natur jedoch ein Rätsel blieb.

"Mit Chandra hofften wir, herauszufinden, welcher der beiden Kerne, wenn überhaupt, ein Schwarzes Loch enthält", sagte Stefanie Komossa vom selben Max-Planck-Institut und Erstautor der Publikation über NGC 6240. "Zu unserer großen Überraschung stellten wir fest, dass beide Kerne aktive Schwarze Löcher beherbergen!"

Die in einer Entfernung von etwa 400 Millionen Lichtjahren befindliche Galaxie NGC 6240 ist ein Musterbeispiel für die Kollision zweier Galaxien, die gerade miteinander verschmelzen (s. Film 2), wodurch ein Feuerwerk von Sternentstehung angefacht wurde. Das Zentrum dieser Galaxie versteckt sich hinter Unmengen staubiger Gaswolken und kann deshalb mit optischen Teleskopen nicht beobachtet werden. Röntgenstrahlen dagegen können den Schleier von Gas und Staub durchdringen.

"Die Entdeckung eines Paares Schwarzer Löcher bestätigt theoretische Modelle, nach denen Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien durch das Verschmelzen mit anderen Schwarzen Löchern dramatisch anwachsen können", sagte Komossa. "Dies ist wichtig für unser Verständnis der Galaxien-Entstehung und Entwicklung."

Die beiden Schwarzen Löcher in NGC 6240 sind derzeit noch etwa 3000 Lichtjahre voneinander entfernt. Im Laufe etlicher hundert Millionen Jahre werden sie immer näher aufeinander zu spiralen und schließlich zu einem noch größeren Loch verschmelzen. Gegen Ende dieses Prozesses wird ein enormer Ausbruch an Gravitations-Wellen erzeugt. Diese breiten sich durch das gesamte Universum aus und kräuseln dabei die Raum-Zeit, was sich durch eine winzige Verzerrung der Abstände im Raum bemerkbar macht. Die Verschmelzung zweier super-massereicher Schwarze Löcher wie in NGC 6240 erzeugt die stärksten messbaren Gravitationswellensignale im Universum. Der gemeinsam von ESA und NASA geplante Weltraum-Detektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) wird nach derartigen Ereignissen suchen, die mehrere Male pro Jahr im gesamten Universum stattfinden sollen.

"Das ist das erste Mal, dass wir ein doppeltes Schwarzes Loch in Flagranti ertappen, das uns die Vorahnung eines gigantischen Gravitationswellen-Ausbruchs vermittelt", sagte Hasinger.

Chandra hat NGC 6240 10.3 Stunden mit dem Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) beobachtet. Weitere Mitglieder des Teams sind Vadim Burwitz und Peter Predehl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Jelle Kaastra von der Space Research Organization in den Niederlanden und Yasushi Ikebe von der University of Maryland in Baltimore, USA.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama führt das Chandra Programm für das Office of Space Science, Washington durch. Die Firma TRW, Redondo Beach, Kalifornien, ist der Haupt-Auftragnehmer für den Satelliten. Das Smithsonian Chandra X-ray Center kontrolliert von Cambridge, Massachusetts aus die wissenschaftlichen und Raumflug-Operationen. Die deutschen Instrument-Beiträge zu Chandra wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziert.

 

Bild: MPE (das optische Bild wurde von Bill Keel zur Verfügung gestellt)
0.6 Mb TIFF Version beim Anklicken des Bildes

Abbildung 1: Röntgenblick in das "Herz" der nahen, ultra-leuchtkräftigen Galaxie NGC 6240: Entdeckung eines "Schwarzen Doppel-Lochs".
Die Galaxie NGC 6240 (links), aufgenommen mit einem erdgebundenen Teleskop. Die "Bögen" und "Arme" sind die Folgen der Kollision zweier Galaxien in der Vergangenheit, die nun miteinander verschmelzen. Der direkte Kernbereich der Galaxie, ist im sichtbaren Licht der Beobachtung nicht zugänglich, da er von enormen Gas- und Staubmassen verhüllt wird. Hochenergetische Röntgenstrahlen jedoch haben ein viel höheres Durchdringungsvermögen und erlaubten daher den Röntgenblick in das Herz dieser Galaxie. Das rechts dargestellte Röntgenbild, aufgenommen mit dem Röntgenobservatorium Chandra, führte zu der Entdeckung zweier extrem massereicher Schwarzer Löcher, die sich durch die extrem hochenergetische Röntgenstrahlung verraten, die in ihrer direkten Umgebung entsteht (mit schwarzen Kreisen markiert). Die Röntgenaufnahme ist farb-kodiert: rot markiert Regionen niederenergetischer Röntgenstrahlung, blau Regionen hochenergetischer Röntgenstrahlung.

 

Bild: NASA/MPE
Abbildung 2: Die das "Schwarze Doppel-Loch" identifizierende hochenergetische Röntgenstrahlung (blau) ist einer mit dem Hubble Weltraumteleskop (HST) gemachten Aufnahme (gelb) des Kernbereichs von NGC 6240 überlagert.

 

Bild: NASA/MPE
Abbildung 3: Neben der im Kernbereich konzentrierten hochenergetischen Röntgenstrahlung sehen wir auch weit ausgedehnte, niederenergetische Röntgenstrahlung. Sie ist in der Abbildung rot dargestellt, und einer HST Aufnahme (gelb und blau) überlagert. Diese Strahlung steht nicht in Zusammenhang mit den beiden Schwarzen Löchern, sondern ist das "Röntgen-Nachglühen" vergangener Sternexplosionen im Zentrum der Galaxie NGC 6240. In der Vergangenheit hat es ein Feuerwerk an Supernovae im Kernbereich gegeben, die ihre äusseren Hüllen in den Raum schleuderten. Treffen diese "Sternenwinde" auf umgebendes interstellares Medium, kommt es zu heftigen Kollisionen, wobei sich das Gas so stark aufheizt, dass es im Röntgenlicht abstrahlt.

 

Bild: CXC/M. Weiss
Abbildung 4: Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Loches, das von einer Scheibe aus heissem Gas und einem Ring (Torus) aus kühlem Gas und Staub umgeben ist. Das blaue Leuchten von der Innenseite des Torus stammt von fluoreszierenden Eisenatomen, die durch die Röntgenstrahlung des Schwarzen Loches angeregt werden.

  Zwei Filme im Quicktime (.mov) Format:


Weitere Bilder und zusätzliche Informationen zu diesen Ergebnissen sind verfügbar unter:

http://chandra.harvard.edu, http://chandra.nasa.gov, http://www.mpe.mpg.de.

kennzeichnet Verweise zu externen Seiten!

© Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik

Kontaktinformation:

Prof. Dr. Günther Hasinger
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Giessenbachstraße
85748 Garching
Phone: +49-89-30000-3402
Fax: +49-89-30000-3569
E-Mail: ghasinger@mpe.mpg.de

Dr. Stefanie Komossa
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Giessenbachstraße
85748 Garching
Phone: +49-89-30000-3577
Fax: +49-89-30000-3569
E-Mail: skomossa@mpe.mpg.de


Impressum
Letzte Änderung: 2002-11-19-20:00
Verantwortlicher Redakteur: Helmut Steinle   (email: hcs@mpe.mpg.de)