Astronomen beobachten in Echtzeit das Erwachen eines riesigen Schwarzen Lochs

Ende 2019 begann die bis dahin unauf­fäl­li­ge Gala­xie SDSS1335+0728 plötz­lich hel­ler zu leuch­ten als je zuvor. Um zu ver­ste­hen, war­um das so ist, haben Astro­no­men Daten meh­re­rer Welt­raum- und boden­ge­bun­de­ner Obser­va­to­ri­en, dar­un­ter das Very Lar­ge Telescope (VLT) der Euro­päi­schen Süd­stern­war­te (ESO), ver­wen­det, um die Hel­lig­keits­schwan­kun­gen der Gala­xie zu ver­fol­gen. In einer heu­te ver­öf­fent­lich­ten Stu­die kom­men sie zu dem Schluss, dass sie Zeu­gen von Ver­än­de­run­gen sind, die noch nie zuvor in einer Gala­xie beob­ach­tet wur­den – wahr­schein­lich das Ergeb­nis des plötz­li­chen Erwa­chens des mas­si­ven Schwar­zen Lochs in ihrem Kern.

„Stel­len Sie sich vor, Sie beob­ach­ten seit Jah­ren eine weit ent­fern­te Gala­xie und sie wirkt immer ruhig und inak­tiv“, sagt Pau­la Sán­chez Sáez, Astro­no­min bei der ESO in Deutsch­land und Haupt­au­to­rin der Stu­die, die zur Ver­öf­fent­li­chung in Astro­no­my & Astro­phy­sics ange­nom­men wur­de. „Plötz­lich beginnt ihr [Kern] dra­ma­ti­sche Hel­lig­keits­än­de­run­gen zu zei­gen, anders als alle typi­schen Ereig­nis­se, die wir bis­her gese­hen haben.“ Genau das pas­sier­te mit SDSS1335+0728, das nun als Gala­xie mit einem „akti­ven galak­ti­schen Kern“ (AGN) klas­si­fi­ziert wird – einer hel­len, kom­pak­ten Regi­on, die von einem mas­se­rei­chen schwar­zen Loch ange­trie­ben wird – nach­dem es im Dezem­ber 2019 dra­ma­tisch hel­ler wur­de [1] .

Eini­ge Phä­no­me­ne wie Super­no­va-Explo­sio­nen oder Gezei­ten­kräf­te – wenn ein Stern einem schwar­zen Loch zu nahe kommt und aus­ein­an­der­ge­ris­sen wird – kön­nen Gala­xien plötz­lich auf­leuch­ten las­sen. Die­se Hel­lig­keits­schwan­kun­gen hal­ten jedoch nor­ma­ler­wei­se nur eini­ge Dut­zend oder höchs­tens eini­ge Hun­dert Tage an. SDSS1335+0728 leuch­tet auch heu­te noch hel­ler, mehr als vier Jah­re nach­dem sie zum ers­ten Mal „ein­ge­schal­tet“ wur­de. Dar­über hin­aus sind die in der 300 Mil­lio­nen Licht­jah­re ent­fern­ten Gala­xie im Stern­bild Jung­frau fest­ge­stell­ten Hel­lig­keits­schwan­kun­gen anders als alles bis­her Dage­we­se­ne, was die Astro­no­men auf eine ande­re Erklä­rung schlie­ßen lässt.

Das Team ver­such­te, die­se Hel­lig­keits­schwan­kun­gen zu ver­ste­hen, indem es eine Kom­bi­na­ti­on aus Archiv­da­ten und neu­en Beob­ach­tun­gen von ver­schie­de­nen Ein­rich­tun­gen, ein­schließ­lich des X‑Shooter-Instru­ments am VLT der ESO in der chi­le­ni­schen Ata­ca­ma-Wüs­te, ver­wen­de­te [2]. Beim Ver­gleich der vor und nach Dezem­ber 2019 auf­ge­nom­me­nen Daten stell­ten sie fest, dass SDSS1335+0728 nun viel mehr Licht bei ultra­vio­let­ten, opti­schen und infra­ro­ten Wel­len­län­gen aus­strahlt. Im Febru­ar 2024 begann die Gala­xie außer­dem, Rönt­gen­strah­len aus­zu­sen­den. „Die­ses Ver­hal­ten ist bei­spiel­los“, sagt Sán­chez Sáez, der auch am Mill­en­ni­um Insti­tu­te of Astro­phy­sics (MAS) in Chi­le tätig ist.

„Die greif­bars­te Mög­lich­keit, die­ses Phä­no­men zu erklä­ren, ist, dass wir beob­ach­ten, wie der [Kern] der Gala­xie beginnt, (…) Akti­vi­tät zu zei­gen“, sagt Co-Autorin Lore­na Hernán­dez Gar­cía von MAS und der Uni­ver­si­tät Val­pa­raí­so in Chi­le. „Wenn das so ist, wäre dies das ers­te Mal, dass wir die Akti­vie­rung eines mas­si­ven Schwar­zen Lochs in Echt­zeit beob­ach­ten.“

Im Zen­trum der meis­ten Gala­xien, ein­schließ­lich der Milch­stra­ße, gibt es mas­se­rei­che Schwar­ze Löcher, mit mehr als hun­dert­tau­send Son­nen­mas­sen. „Nor­ma­ler­wei­se schla­fen die­se rie­si­gen Mons­ter und sind nicht direkt sicht­bar“, erklärt Co-Autor Clau­dio Ric­ci von der Die­go Por­ta­les Uni­ver­si­ty, eben­falls in Chi­le. „Im Fall von SDSS1335+0728 konn­ten wir das Erwa­chen des mas­se­rei­chen Schwar­zen Lochs beob­ach­ten, das plötz­lich begann, das in sei­ner Umge­bung vor­han­de­ne Gas zu ver­zeh­ren, und dabei sehr hell wur­de.“

„[Die­ser] Pro­zess (…) wur­de noch nie zuvor beob­ach­tet“, sagt Hernán­dez Gar­cía. Frü­he­re Stu­di­en berich­te­ten von inak­ti­ven Gala­xien, die nach meh­re­ren Jah­ren aktiv wur­den, aber dies ist das ers­te Mal, dass der Pro­zess selbst – das Erwa­chen des Schwar­zen Lochs – in Echt­zeit beob­ach­tet wur­de. Ric­ci, der auch am Kav­li-Insti­tut für Astro­no­mie und Astro­phy­sik der Uni­ver­si­tät Peking in Chi­na tätig ist, fügt hin­zu: „Dies könn­te auch mit unse­rem eige­nen Sgr A* pas­sie­ren, dem mas­si­ven Schwar­zen Loch (…), das sich im Zen­trum unse­rer Gala­xie befin­det“, aber es ist unklar, wie wahr­schein­lich dies ist. 

Um alter­na­ti­ve Erklä­run­gen aus­zu­schlie­ßen, sind noch wei­te­re Beob­ach­tun­gen erfor­der­lich. Eine wei­te­re Mög­lich­keit ist, dass wir ein unge­wöhn­lich lang­sa­mes Gezei­ten­er­eig­nis oder sogar ein neu­es Phä­no­men beob­ach­ten. Wenn es sich tat­säch­lich um ein Gezei­ten­er­eig­nis han­delt, wäre dies das längs­te und schwächs­te Ereig­nis die­ser Art, das jemals beob­ach­tet wur­de. „Unab­hän­gig von der Art der Ver­än­de­run­gen lie­fert [die­se Gala­xie] wert­vol­le Infor­ma­tio­nen dar­über, wie Schwar­ze Löcher wach­sen und sich ent­wi­ckeln“, sagt Sán­chez Sáez. „Wir erwar­ten, dass Instru­men­te wie [MUSE am VLT oder die am kom­men­den Extre­me­ly Lar­ge Telescope (ELT)] ent­schei­dend dazu bei­tra­gen wer­den, zu ver­ste­hen, [war­um die Gala­xie hel­ler wird].“ 

Anmerkungen

[1] Die unge­wöhn­li­chen Hel­lig­keits­schwan­kun­gen der Gala­xie SDSS1335+0728 wur­den vom Zwi­cky Tran­si­ent Faci­li­ty (ZTF)-Teleskop in den USA ent­deckt. Anschlie­ßend klas­si­fi­zier­te der unter chi­le­ni­scher Lei­tung ste­hen­de Auto­ma­tic Lear­ning for the Rapid Clas­si­fi­ca­ti­on of Events (ALeRCE)-Broker SDSS1335+0728 als akti­ven galak­ti­schen Kern.

[2] Das Team sam­mel­te Archiv­da­ten von NASAs Wide-field Infrared Sur­vey Explo­rer (WISE) und Gala­xy Evo­lu­ti­on Explo­rer (GALEX), dem Two Micron All Sky Sur­vey (2MASS), dem Slo­an Digi­tal Sky Sur­vey (SDSS) und dem eRO­SI­TA-Instru­ment auf dem IKI sowie dem Welt­raum­ob­ser­va­to­ri­um Spektr-RG des DLR. Neben dem VLT der ESO wur­den die Fol­ge­be­ob­ach­tun­gen mit dem Sou­thern Astro­phy­si­cal Rese­arch Telescope (SOAR), dem WM Keck Obser­va­to­ry sowie dem Neil Geh­rels Swift Obser­va­to­ry und dem Chandra X‑ray Obser­va­to­ry der NASA durchgeführt.

Hintergrundinformationen

Die­se For­schung wur­de in einem Arti­kel mit dem Titel „SDSS1335+0728: Das Erwa­chen eines ∼ 10 ⁶ M⊙ Schwar­zen Lochs“ vor­ge­stellt, der in Astro­no­my & Astro­phy­sics ( https://aanda.org/10.1051/0004–6361/202347957 ) ver­öf­fent­licht wurde.

Das Team besteht aus P. Sán­chez-Sáez (Euro­päi­sche Süd­stern­war­te, Gar­ching, Deutsch­land [ESO] und Mil­le­ni­um Insti­tu­te of Astro­phy­sics, Chi­le [MAS]), L. Hernán­dez-Gar­cía (MAS und Insti­tu­to de Físi­ca y Astro­no­mía, Uni­ver­si­dad de Val­pa­raí­so, Chi­le [IFA-UV]), S. Ber­nal (IFA-UV und Mill­en­ni­um Nucleus für trans­ver­sa­le For­schung und Tech­no­lo­gie zur Erfor­schung super­mas­si­ver Schwar­zer Löcher, Chi­le [TITANS]), A. Bayo (ESO), G. Cali­s­tro Rive­ra (ESO und Deut­sche Raum­fahrt­agen­tur [DLR]), FE Bau­er (Insti­tu­to de Astrofí­si­ca, Pon­ti­fi­cia Uni­ver­si­dad Cató­li­ca de Chi­le, Chi­le; Cen­tro de Astro­in­ge­nie­ría, Pon­ti­fi­cia Uni­ver­si­dad Cató­li­ca de Chi­le, Chi­le; MAS; und Space Sci­ence Insti­tu­te, USA), C. Ric­ci (Insti­tu­to de Estu­di­os Astrofí­si­cos, Uni­ver­si­dad Die­go Por­ta­les, Chi­le [UDP] und Kav­li Insti­tu­te for Astro­no­my and Astro­phy­sics, Chi­na), A. Mer­lo­ni (Max-Planck-Insti­tut für Extra­ter­res­tri­sche Phy­sik, Deutsch­land [MPE]), MJ Gra­ham (Cali­for­nia Insti­tu­te of Tech­no­lo­gy, USA), R. Car­tier (Gemi­ni Obser­va­to­ry, NSF Natio­nal Opti­cal-Infrared Astro­no­my Rese­arch Labo­ra­to­ry, Chi­le, und UDP), P. Aré­va­lo (IFA-UV und TITANS), RJ Assel (UDP), A. Con­cas (ESO und INAF – Osser­va­to­rio Astro­fi­si­co di Arce­tri, Ita­li­en), D. Homan (Leib­niz-Insti­tut für Astro­phy­sik Pots­dam, Deutsch­land [AIP]), M. Krum­pe (AIP), P. Lira (Depart­a­men­to de Astro­no­mía, Uni­ver­si­dad de Chi­le, Chi­le [UCh­i­le], und TITANS), A. Maly­ali (MPE), ML Mar­tí­nez-Alda­ma (Abtei­lung für Astro­no­mie, Uni­ver­si­dad de Con­cep­ción, Chi­le), AM Muñoz Aran­ci­bia (MAS und Zen­trum für mathe­ma­ti­sche Model­lie­rung, Uni­ver­si­tät von Chi­le, Chi­le [CMM-UCh­i­le]), A. Rau (MPE), G. Bruni (INAF – Insti­tut für Welt­rau­ma­stro­phy­sik und Pla­ne­to­lo­gie, Ita­li­en), F. Förs­ter (Initia­ti­ve für Daten und künst­li­che Intel­li­genz, Uni­ver­si­tät von Chi­le, Chi­le; MAS; CMM-UCh­i­le; und UCh­i­le), M. Pavez-Her­rera (MAS), D. Tubín-Are­nas (AIP) und M. Bright­man (Cahill Cen­ter for Astro­phy­sics, Cali­for­nia Insti­tu­te of Tech­no­lo­gy, USA).

Die Euro­päi­sche Süd­stern­war­te (ESO) ermög­licht es Wis­sen­schaft­lern welt­weit, die Geheim­nis­se des Uni­ver­sums zum Woh­le aller zu ent­de­cken. Wir ent­wer­fen, bau­en und betrei­ben boden­ge­stütz­te Obser­va­to­ri­en von Welt­klas­se – mit denen Astro­no­men span­nen­de Fra­gen ange­hen und die Fas­zi­na­ti­on der Astro­no­mie ver­brei­ten – und för­dern die inter­na­tio­na­le Zusam­men­ar­beit im Bereich der Astro­no­mie. Die 1962 als zwi­schen­staat­li­che Orga­ni­sa­ti­on gegrün­de­te ESO wird heu­te von 16 Mit­glied­staa­ten (Öster­reich, Bel­gi­en, Tsche­chi­en, Däne­mark, Frank­reich, Finn­land, Deutsch­land, Irland, Ita­li­en, die Nie­der­lan­de, Polen, Por­tu­gal, Spa­ni­en, Schwe­den, die Schweiz und das Ver­ei­nig­te König­reich) sowie dem Gast­ge­ber­land Chi­le und Aus­tra­li­en als stra­te­gi­schem Part­ner unter­stützt. Der Haupt­sitz der ESO sowie ihr Besu­cher­zen­trum und Pla­ne­ta­ri­um, die ESO Super­no­va, befin­den sich in der Nähe von Mün­chen in Deutsch­land, wäh­rend unse­re Tele­sko­pe in der chi­le­ni­schen Ata­ca­ma­wüs­te ste­hen, einem wun­der­ba­ren Ort mit ein­zig­ar­ti­gen Bedin­gun­gen zur Him­mels­be­ob­ach­tung. Die ESO betreibt drei Beob­ach­tungs­stand­or­te: La Sil­la, Par­anal und Cha­jnan­tor. Auf dem Par­anal betreibt die ESO das Very Lar­ge Telescope und sein Very Lar­ge Telescope Inter­fe­ro­me­ter sowie Durch­mus­te­rungs­te­le­sko­pe wie VISTA. Eben­falls auf dem Par­anal wird die ESO das Che­ren­kov Telescope Array South beher­ber­gen und betrei­ben, das größ­te und emp­find­lichs­te Gam­ma­strah­len­ob­ser­va­to­ri­um der Welt. Gemein­sam mit inter­na­tio­na­len Part­nern betreibt die ESO ALMA auf Cha­jnan­tor, eine Ein­rich­tung, die den Him­mel im Mil­li­me­ter- und Sub­mil­li­me­ter­be­reich beob­ach­tet. Auf dem Cer­ro Arma­zo­nes in der Nähe des Par­anal bau­en wir „das größ­te Auge der Welt am Him­mel“ – das Extre­me­ly Lar­ge Telescope der ESO. Von unse­ren Büros in Sant­ia­go, Chi­le, aus unter­stüt­zen wir unse­re Akti­vi­tä­ten im Land und arbei­ten mit chi­le­ni­schen Part­nern und der Gesell­schaft zusammen. 

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