Astronomen werden Zeuge des Beginns eines Schwarzen Lochs
04/07/23 22:23
Ein Forschungsteam unter der Führung von Wissenschaftlern der University of Birmingham, des University College London und der Queen's University Belfast hat eine der bemerkenswertesten "Einschaltungen" eines Schwarzen Lochs entdeckt, die je beobachtet wurden. Diese bahnbrechende Entdeckung wird am Dienstag, den 4. Juli, auf dem National Astronomy Meeting 2023 in Cardiff vorgestellt und erscheint auch in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Das Schwarze Loch mit der Bezeichnung J221951-484240, oder kurz J221951, ist eines der strahlendsten "Transients" - das sind astrophysikalische Objekte, deren Helligkeit sich innerhalb kurzer Zeit verändert - die jemals dokumentiert wurden. Es wurde im September 2019 von Dr. Samantha Oates und ihrem Team von Astronomen an der University of Birmingham entdeckt, als sie nach elektromagnetischer Strahlung eines Gravitationswellenereignisses suchten. Das Team nutzte das Ultra-Violet and Optical Telescope an Bord des Neil Gehrels Swift Observatory, um nach einer Kilonova zu suchen, einem Anzeichen für die Fusion eines Neutronensterns mit einem anderen Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch.
Ursprünglich suchten die Astronomen nach einer Kilonova, die typischerweise als blauer Lichtblitz erscheint und dann allmählich röter wird und innerhalb weniger Tage abklingt. Überraschenderweise stießen sie jedoch auf etwas noch Außergewöhnlicheres: den Transienten J221951. Dieser Transient war blau, veränderte jedoch nicht seine Farbe und erlosch nicht so schnell wie erwartet.
Um die Natur von J221951 zu erforschen, nutzten die Forscher mehrere Teleskope, darunter das Swift/UVOT-Teleskop der NASA, das Hubble Space Telescope, das South African Large Telescope sowie Einrichtungen der European Southern Observatory (ESO) wie das Very Large Telescope und das GROND-Instrument am MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop am La-Silla-Observatorium.
Durch die Analyse des von Hubble aufgezeichneten Spektrums von J221951 wurde eine Verbindung zum Gravitationswellenereignis ausgeschlossen. Basierend auf dem Lichtspektrum von J221951 stellte das Team fest, dass die Quelle etwa 10 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, im Gegensatz zu dem Gravitationswellensignal, das weniger als 0,5 Milliarden Lichtjahre entfernt lokalisiert wurde. Die Tatsache, dass J221951 aus dieser erheblichen Entfernung derart hell leuchtet, macht es zu einem der leuchtkräftigsten je beobachteten Transienten.
Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass J221951 entstanden ist, weil ein supermassives Schwarzes Loch schnell umgebendes Material aufgenommen hat. Vor der Entdeckung wurde an der Position von J221951 eine rote Galaxie beobachtet, und diese Position entspricht dem Zentrum der Galaxie, wo sich üblicherweise ein massives Schwarzes Loch befindet. Der Transient begann plötzlich zu leuchten, etwa 10 Monate vor der ersten Entdeckung, was darauf hindeutet, dass das Schwarze Loch nach einer Phase der Ruhe plötzlich begann, sich zu ernähren. Das ultraviolette Spektrum zeigt Absorptionsmerkmale, die mit einer enormen Freisetzung von Energie in den Weltraum in Verbindung stehen. Dies, zusammen mit seiner außerordentlichen Leuchtkraft, macht es zu einer der spektakulärsten "Einschaltungen" eines Schwarzen Lochs, die je beobachtet wurden.
Das Team hat zwei mögliche Szenarien identifiziert, die diese außergewöhnlich intensive Fütterung eines supermassiven Schwarzen Lochs erklären könnten. Zum einen könnte dies durch ein Gezeitenstörungsereignis hervorgerufen worden sein - die Zerstörung eines Sterns, der nahe an einem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum seiner Galaxie vorbeizieht. Zum anderen könnte es sich um einen "Zustandswechsel" des aktiven galaktischen Kerns handeln, der von inaktiv zu aktiv wechselt. J221951 könnte somit ein Hinweis darauf sein, dass ein ruhendes Schwarzes Loch im Zentrum der Wirtsgalaxie begonnen hat, Material von einer Akkretionsscheibe aufzunehmen.
Dr. Matt Nicholl von der Queen's University Belfast kommentierte: "Unser Verständnis davon, was supermassive Schwarze Löcher tun können, hat sich in den letzten Jahren erheblich erweitert, mit Entdeckungen von zerrissenen Sternen und akkretierenden Schwarzen Löchern mit stark variabler Helligkeit." Er fügte hinzu: "J221951 ist eines der extremsten Beispiele für ein Schwarzes Loch, das uns überrascht hat. Eine fortlaufende Überwachung von J221951, um die Gesamtenergiefreisetzung zu erfassen, könnte uns helfen, festzustellen, ob es sich um eine Gezeitenstörung eines Sterns durch ein schnell rotierendes Schwarzes Loch oder um eine neue Art von aktivem galaktischen Kern handelt."
Dr. N. Paul Kuin, ebenfalls Mitglied des Teams vom Mullard Space Science Laboratory am University College London, merkte an: "Die entscheidende Entdeckung war, als das ultraviolette Spektrum von Hubble einen galaktischen Ursprung ausschloss. Dies unterstreicht die Bedeutung, eine raumbasierte UV-Spektrographie-Fähigkeit für die Zukunft aufrechtzuerhalten."
Abschließend fügte Dr. Samantha Oates hinzu: "In Zukunft werden wir weitere wichtige Erkenntnisse gewinnen, die uns helfen werden, zwischen den Szenarien einer Gezeitenstörung und eines aktiven galaktischen Kerns zu unterscheiden. Wenn J221951 mit einem aktiven galaktischen Kern in Verbindung steht, der sich aktiviert, könnten wir erwarten, dass es aufhört zu verblassen und wieder an Helligkeit zunimmt, während wir bei einer Gezeitenstörung von J221951 erwarten würden, dass es weiterhin an Helligkeit verliert. In den kommenden Monaten bis Jahren werden wir J221951 weiterhin überwachen müssen, um sein Verhalten zu verstehen und zu dokumentieren."
