Astrophysiker suchen nach dem zweitnächsten supermassiven Schwarzen Loch

Zwei Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics haben einen Weg vorgeschlagen, das der Erde zweitnächste supermassive Schwarze Loch zu beobachten: ein Gigant mit der 3-Millionen-fachen Masse der Sonne, beherbergt von der Zwerggalaxie Leo I.

Das supermassereiche Schwarze Loch mit der Bezeichnung Leo I* war das erste vorgeschlagen von einem unabhängigen Team von Astronomen Ende 2021. Das Team bemerkte, dass Sterne an Geschwindigkeit zunahmen, als sie sich dem Zentrum der Galaxie näherten – ein Beweis für ein Schwarzes Loch –, aber eine direkte Abbildung der Emissionen des Schwarzen Lochs war nicht möglich.

Jetzt schlagen die CfA-Astrophysiker Fabio Pacucci und Avi Loeb einen neuen Weg vor, um die Existenz des supermassiven Schwarzen Lochs zu verifizieren; ihre Arbeit wird in einer Studie beschrieben, die heute in der veröffentlicht wird Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.

„Schwarze Löcher sind sehr schwer fassbare Objekte, und manchmal genießen sie es, mit uns Verstecken zu spielen“, sagt Fabio Pacucci, Hauptautor des ApJ-Briefe lernen. „Lichtstrahlen können ihren Ereignishorizonten nicht entkommen, aber die Umgebung um sie herum kann extrem hell sein – wenn genügend Material in ihren Gravitationsschacht fällt. Aber wenn ein Schwarzes Loch keine Masse ansammelt, emittiert es stattdessen kein Licht und wird unmöglich zu finden mit unseren Teleskopen.“

Das ist die Herausforderung bei Leo I – einer Zwerggalaxie, die so wenig Gas zur Akkretion zur Verfügung hat, dass sie oft als „fossil“ bezeichnet wird. Sollen wir also die Hoffnung aufgeben, es zu beobachten? Vielleicht nicht, sagen die Astronomen.

„In unserer Studie schlugen wir vor, dass eine kleine Menge an Masse, die von Sternen verloren geht, die um das Schwarze Loch wandern, die Akkretionsrate liefern könnte, die erforderlich ist, um es zu beobachten“, erklärt Pacucci. „Alte Sterne werden sehr groß und rot – wir nennen sie rote Riesensterne. Rote Riesen haben normalerweise starke Winde, die einen Bruchteil ihrer Masse in die Umgebung tragen. Der Weltraum um Leo I* scheint genug von diesen alten Sternen zu enthalten, um es zu schaffen beobachtbar.“

„Die Beobachtung von Leo I* könnte bahnbrechend sein“, sagt Avi Loeb, der Co-Autor der Studie. „Es wäre das zweitnächste supermassive Schwarze Loch nach dem im Zentrum unserer Galaxie, mit einer sehr ähnlichen Masse, aber beherbergt von einer Galaxie, die tausendmal weniger massereich ist als die Milchstraße. Diese Tatsache stellt alles in Frage, was wir wissen wie sich Galaxien und ihre zentralen supermassereichen Schwarzen Löcher gemeinsam entwickeln. Wie kam es dazu, dass ein so übergroßes Baby von einem schlanken Elternteil geboren wurde?

Jahrzehntelange Studien zeigen, dass die meisten massereichen Galaxien in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch beherbergen, und die Masse des Schwarzen Lochs beträgt ein Zehntelprozent der Gesamtmasse der es umgebenden Sternkugel.

„Im Fall von Leo I“, fährt Loeb fort, „würden wir ein viel kleineres Schwarzes Loch erwarten. Stattdessen scheint Leo I ein Schwarzes Loch zu enthalten, das einige Millionen Sonnenmassen hat, ähnlich dem in der Milchstraße . Das ist spannend, weil die Wissenschaft normalerweise am meisten Fortschritte macht, wenn das Unerwartete passiert.“

Wann können wir also mit einem Bild des Schwarzen Lochs rechnen?

„Wir sind noch nicht da“, sagt Pacucci.

Das Team hat Teleskopzeit am weltraumgestützten Chandra-Röntgenobservatorium und am Very Large Array-Radioteleskop in New Mexico erhalten und analysiert derzeit die neuen Daten.

Pacucci sagt: „Leo I* spielt Verstecken, aber es gibt zu viel Strahlung ab, um lange unentdeckt zu bleiben.“