Studie liefert Hinweise auf den Ursprung eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie

Der Ursprung der treffend benannten supermassiven Schwarzen Löcher – die mehr als eine Million Mal so schwer sein können wie die Sonne und sich im Zentrum der meisten Galaxien befinden – bleibt eines der großen Mysterien des Kosmos.

Nun haben Forscher vom Nevada Center for Astrophysics an der UNLV (NCfA) überzeugende Beweise dafür entdeckt, dass das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* (Sgr A*), wahrscheinlich das Ergebnis einer früheren kosmischen Verschmelzung ist.

Die Studie, veröffentlicht 6. September im Journal Naturastronomiebaut auf jüngsten Beobachtungen des Event Horizon Telescope (EHT) auf, das 2022 das erste direkte Bild von Sgr A* aufnahm. Das EHT, das Ergebnis einer globalen Forschungskooperation, synchronisiert Daten von acht bestehenden Radioobservatorien weltweit, um ein riesiges virtuelles Teleskop von der Größe der Erde zu schaffen.

Die Astrophysiker Yihan Wang und Bing Zhang von der UNLV nutzten die Daten der EHT-Beobachtung von Sgr A*, um nach Hinweisen zu suchen, wie es entstanden sein könnte. Man geht davon aus, dass supermassive Schwarze Löcher entweder durch die Ansammlung von Materie im Laufe der Zeit oder durch die Verschmelzung zweier bestehender Schwarzer Löcher wachsen.

Das UNLV-Team untersuchte verschiedene Wachstumsmodelle, um die ungewöhnlich schnelle Drehung und Fehlausrichtung von Sgr A* relativ zum Drehimpuls der Milchstraße zu verstehen. Das Team wies nach, dass diese ungewöhnlichen Eigenschaften am besten durch ein großes Verschmelzungsereignis zwischen Sgr A* und einem anderen supermassiven Schwarzen Loch, wahrscheinlich aus einer Satellitengalaxie, erklärt werden können.

„Diese Entdeckung ebnet den Weg für unser Verständnis, wie supermassive Schwarze Löcher wachsen und sich entwickeln“, sagte Wang, der Hauptautor der Studie und Postdoktorand der NCfA an der UNLV. „Die fehlausgerichtete hohe Rotation von Sgr A* deutet darauf hin, dass es möglicherweise mit einem anderen Schwarzen Loch verschmolzen ist, wodurch sich seine Rotationsamplitude und -richtung dramatisch verändert hat.“

Mithilfe ausgefeilter Simulationen modellierten die Forscher die Auswirkungen einer Verschmelzung und berücksichtigten dabei verschiedene Szenarien, die mit den beobachteten Spineigenschaften von Sgr A* übereinstimmen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Verschmelzung mit einem Massenverhältnis von 4:1 und einer stark geneigten Orbitalkonfiguration die vom EHT beobachteten Spineigenschaften reproduzieren könnte.

„Diese Verschmelzung fand wahrscheinlich vor etwa 9 Milliarden Jahren statt, nachdem die Milchstraße mit der Gaia-Enceladus-Galaxie verschmelzen konnte“, sagte Zhang, ein renommierter Professor für Physik und Astronomie an der UNLV und Gründungsdirektor des NCfA. „Dieses Ereignis liefert nicht nur Beweise für die Theorie der hierarchischen Verschmelzung schwarzer Löcher, sondern gibt auch Einblicke in die dynamische Geschichte unserer Galaxie.“

Sgr A* befindet sich im Zentrum der Galaxie, mehr als 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, und hochentwickelte Werkzeuge wie das EHT liefern direkte Bilder, die Wissenschaftlern helfen, Vorhersagetheorien zu testen.

Den Forschern zufolge werden die Erkenntnisse aus der Studie erhebliche Auswirkungen auf künftige Beobachtungen mit künftigen weltraumgestützten Gravitationswellendetektoren haben, wie etwa der Laser Interferometer Space Antenna (LISA), deren Start für 2035 geplant ist und von der erwartet wird, dass sie im gesamten Universum ähnliche Verschmelzungen supermassiver Schwarzer Löcher aufspürt.