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Originalpublikation

Remco van den Bosch et al.
An over-massive black hole in the compact lenticular galaxy NGC 1277

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Eine Gruppe um Remco van den Bosch vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat ein schwarzes Loch entdeckt, das an den Grundlagen heutiger Modelle der Galaxienentwicklung rüttelt. Mit 17 Milliarden Sonnenmassen ist dieses Ungetüm deutlich schwerer als es die Modelle vorhersagen. Mehr noch: Das Objekt könnte das massereichste bisher bekannte schwarze Loch sein.
Unsichtbare Schwerkraftfalle: Im Zentrum der Scheibengalaxie NGC 1277 sitzt mit 17 Milliarden Sonnenmassen eines der gewichtigsten schwarzen Löcher, das jemals gefunden wurde. Bild vergrößern
Unsichtbare Schwerkraftfalle: Im Zentrum der Scheibengalaxie NGC 1277 sitzt mit 17 Milliarden Sonnenmassen eines der gewichtigsten schwarzen Löcher, das jemals gefunden wurde. [weniger]

Die Astronomen glauben, dass im Herzen einer jeden Galaxie ein supermassives schwarzes Loch sitzt. Dessen Masse reicht von einigen hunderttausend bis zu wenigen Milliarden Sonnenmassen. Das am besten untersuchte Exemplar mit rund vier Millionen Sonnenmassen lauert im Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße.

Untersuchungen der Massen ferner Galaxien und ihrer schwarzen Löcher haben einen interessanten Zusammenhang aufgedeckt: Danach erreicht ein schwarzes Loch typischerweise nur einen winzigen Bruchteil – etwa 0,1 Prozent – der Gesamtmasse aller Sterne, die der Muttergalaxie angehören. Diese Beziehung ist zwar nur unvollständig verstanden, spielt aber eine wichtige Rolle in allen derzeit gängigen Modellen der Galaxienentwicklung.

Jetzt hat das Team um Remco van den Bosch im Rahmen einer seit 2010 laufenden systematischen Suche ein schwarzes Loch aufgespürt, das diesen allgemein akzeptierten Zusammenhang aushebeln könnte. Die Astronomen nutzten dafür das Hobby-Eberly-Teleskop sowie archivierte Bilder des Weltraumteleskops Hubble.

Das Hobby-Eberly-Teleskop am McDonald-Observatorium im US-Bundesstaat Texas hat einen Hauptspiegel mit einer Gesamtfläche von 11 mal 9,8 Metern, der aus 91 sechseckigen Teilspiegeln besteht. Dank der Größe der Optik lässt sich die Beobachtung jeder einzelnen Galaxie vergleichsweise schnell ausführen; das Team gewann damit fast 700 Galaxienspektren.

Die Spektren gestatteten Rückschlüsse auf die Bewegungen der Sterne, die direkt von der Schwerkraft des schwarzen Lochs abhängen. Denn anhand spezifischer Veränderungen wie der Verschiebung von Spektrallinien (Dopplereffekt) konnten die Astronomen etwa auf die Geschwindigkeit schließen. Dabei gilt: Je massereicher das schwarze Loch, desto schneller die Bewegung der Sterne im Herzen der Galaxie.

Versammlung der Milchstraßen: Etwa 250 Millionen Lichtjahre ist der Perseushaufen von der Erde entfernt. Die Mitgliedsgalaxie NGC 1277 (Pfeil) erscheint vergleichsweise kompakt. Bild vergrößern
Versammlung der Milchstraßen: Etwa 250 Millionen Lichtjahre ist der Perseushaufen von der Erde entfernt. Die Mitgliedsgalaxie NGC 1277 (Pfeil) erscheint vergleichsweise kompakt. [weniger]

Auf diese Weise identifizierte das Team sechs Kandidatengalaxien, die vergleichsweise klein waren und große schwarze Löcher besitzen mussten. Für eine davon, NGC 1277, waren im Archiv des Weltraumteleskops Hubble bereits detailreiche Bilder vorhanden.

Um die Masse des schwarzen Lochs zu bestimmen, erstellten van den Bosch und seine Kollegen ein dynamisches Modell der Galaxie, das alle möglichen Sternumlaufbahnen einschließt. Systematische Vergleiche von Modell und Beobachtungsdaten zeigten dann, welche Umlaufbahnen in Kombination mit welchem Massenwert für das schwarze Loch die Beobachtungen am besten erklären.

Im Fall der Scheibengalaxie NGC 1277 kamen die Astronomen auf rund 17 Milliarden Sonnenmassen. Damit könnte das schwarze Loch das größte bekannte Objekt dieser Klasse sein. Die Masse des derzeitigen Rekordhalters schätzen die Forscher zwischen sechs und 37 Milliarden Sonnenmassen; liegt der wahre Wert am unteren Ende, bricht NGC 1277 diesen Rekord.

Die größte Überraschung für die Astronomen: Die Masse der mächtigen Schwerkraftfalle macht ungefähr 14 Prozent der Gesamtmasse von NGC 1277 aus – was deutlich über den oben genannten 0,1 Prozent liegt und einen Faktor von mehr als zehn bedeutet. Mit anderen Worten: Die Astronomen hätten ein schwarzes Loch dieser Größe in einer mindestens zehnfach größeren strukturlosen („elliptischen“) Galaxie erwartet – aber nicht in einer kleinen Scheibengalaxie wie NGC 1277.

Ist das eine seltene Laune der Natur, eine Ausnahme? Vorläufige Analysen weiterer Daten weisen in eine andere Richtung: Bis dato hatten Remco van den Bosch und seinen Kollegen noch fünf weitere Galaxien entdeckt, die vergleichsweise klein sind, aber dennoch ungewöhnlich massereiche zentrale schwarze Löcher beherbergen dürften. Definitiv wird sich das aber erst sagen lassen, wenn detaillierte Abbildungen dieser Milchstraßensysteme vorliegen.

Bestätigen sich diese weiteren Fälle und gibt es in der Tat noch mehr schwarze Löcher wie das von NGC 1277, dann müssen die Astronomen ihre Modelle der Galaxienentwicklung grundlegend überdenken. Insbesondere müssen sie dabei das frühe Universum ins Auge fassen: Die Galaxie NGC 1277 hat sich anscheinend vor mehr als acht Milliarden Jahren gebildet und seither nicht sehr verändert. Wie immer dieses gigantische schwarze Loch entstanden ist – es muss vor langer Zeit passiert sein.

HOR/MP

 
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