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Originalpublikation

Jens Thomas, Chung-Pei Ma, Nicholas J. McConnell et al.
A 17-billion-solar-mass black hole in a group galaxy with a diffuse core

Schwarzes Loch in einer einsamen Galaxie

Astronomen finden den ungewöhnlichen Nachfahren eines Quasars

6. April 2016

Massereiche schwarze Löcher können nicht nur in großen Galaxienhaufen wachsen. Ein internationales Team von Forschern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik, aus den USA und Kanada fand im Innern der relativ einsamen Galaxie NGC 1600 ein schwarzes Loch mit der Masse von rund 17 Milliarden Sonnen – eines der massivsten schwarzen Löcher, das bisher aufgespürt wurde. Außerdem stellte sich heraus, dass die Verteilung der Sterne nahe dem Galaxienzentrum recht diffus ist und sich diese Region über denselben Radius erstreckt wie die Einflusssphäre der Schwerkraft des schwarzen Lochs.

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Die elliptische Galaxie NGC 1600 (links) beherbergt ein sehr massereiches schwarzes Loch mit 17 Milliardenfacher Sonnenmasse. Im Gegensatz zu anderen Galaxien, in denen sehr massereiche schwarze Löcher gefunden wurden (wie in NGC 4889, rechts), ist sie die größte einer relativ kleinen Gruppe von Galaxien und befindet sich nicht in einem großen Galaxienhaufen.

Fast jede Galaxie beherbergt in ihrem Zentrum ein massereiches schwarzes Loch – im Herzen unserer Milchstraße befindet sich ein eher kleineres; es ist lediglich vier Millionen Mal so schwer wie unsere Sonne. Tausendfach massereichere schwarze Löcher brachten einst die Quasare im frühen Universum zum Leuchten.

Diese Strahlungsgiganten leben von der Energie, die frei wird, wenn Gas auf ein massereiches schwarzes Loch einstürzt. Bisher ließen sich die heute nicht mehr aktiven Nachfahren dieser sehr großen schwarzen Löcher nur innerhalb riesiger Galaxien in den Zentren gewaltiger Galaxienhaufen mit Hunderten von anderen Sternsystemen nachweisen. Aber sie scheinen nicht nur dort zu existieren.

Das nun entdeckte schwarze Loch hat die 17 Milliardenfache Masse unserer Sonne – und sitzt im Herzen der mehr oder weniger einsam durchs All treibenden Galaxie NGC 1600. Für dieses Ergebnis hatten die Forscher Beobachtungen aus dem MASSIVE-Survey ausgewertet. Der Katalog dient der Untersuchung von Struktur, Dynamik und Entstehungsgeschichte der 100 massereichsten elliptischen Galaxien in einer Distanz von bis zu 350 Millionen Lichtjahren von unserer Milchstraße.

Die Wissenschaftler analysierten die Geschwindigkeiten der Sterne nahe dem zentralen schwarzen Loch. Um seine Masse zu bestimmen, verglichen sie diese Geschwindigkeiten mit theoretisch berechneten Modellen von Sternorbits. Erstaunlich ist – neben der großen Masse des Schwerkraftmonsters – die Tatsache, dass NGC 1600 Teil einer kleinen Gruppe von nur wenigen Galaxien ist.

„Zum ersten Mal haben wir ein derart massereiches schwarzes Loch in einer relativ isolierten Galaxie gefunden und nicht in einem großen Galaxienhaufen“, sagt Jens Thomas vom Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Hauptautor des in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikels. Und: „Andere Galaxien mit sehr massereichen schwarzen Löchern befinden sich in der Regel in Regionen des Universums mit einer hohen Massendichte, also in Haufen mit vielen anderen Galaxien.“

„Auch der Zentralbereich der Galaxie NGC 1600 ist interessant. Er erscheint sehr diffus – so, als ob Milliarden von Sternen fehlen“, sagt Chung-Pei Ma von der University California Berkeley (USA), die den MASSIVE-Survey leitet. Wie aber ist es zu einem solchen Verlust an Sternen gekommen?

<p>Vergrößerte Ansicht der zentralen Region von NGC 1600: Der Kern ist recht diffus, viele Sterne fehlen – wahrscheinlich als Folge einer früheren Gal Bild vergrößern

Vergrößerte Ansicht der zentralen Region von NGC 1600: Der Kern ist recht diffus, viele Sterne fehlen – wahrscheinlich als Folge einer früheren Galaxienverschmelzung.

NGC 1600 ist mit Abstand die hellste Galaxie in ihrer kleinen Gruppe und überstrahlt die anderen Mitglieder um mindestens das Dreifache. Um so groß zu werden, könnte diese Galaxie bereits früh mit anderen, nahen Milchstraßensystemen und deren schwarzen Löchern verschmolzen sein. Im Fall einer Kollision von zwei Galaxien haben deren schwarze Löcher zunächst ein Binärsystem gebildet. Sterne, die diesem zu nahe kamen, wurden – wie bei einer „Schwerkraftschleuder“ – zu größeren Radien gestreut.

„Bei weniger massereichen elliptischen Galaxien nimmt die Helligkeit typischerweise immer mehr zu, je weiter man sich dem Zentrum nähert. Bei NGC 1600 ist es aber so, als wären so viele Sterne wie in der Scheibe unserer Milchstraße aus dem Zentrum herausgeschleudert worden“, sagt Jens Thomas.

Durch den Vergleich ihrer Ergebnisse mit Massenbestimmungen in einer Reihe von ähnlichen Galaxien fanden die Astronomen, dass die Sterne genau in jener Region zu fehlen scheinen, in welche die Einflusssphäre der Gravitation des schwarzen Lochs reicht. „Das schwarze Loch in NGC 1600 zeigt, wie der Nachfahre eines leuchtenden Quasars in einer relativ isolierten Galaxie heute aussehen könnte“, sagt Chung-Pei Ma. „Mit unseren Beobachtungen werden wir in Kürze herausfinden, ob wir einfach eine ungewöhnliche Galaxie entdeckt haben, oder ob das die Spitze eines Eisbergs ist.“

HAE / HOR

 
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